ANALIISA KETEL UAP PIP PA AIR BE ERBAHAN N BAKAR CANGKAN C NG DAN FIB BER PADA A PABRIK K KELAPA SAWIT DENGAN KAPASITA K AS 30 TON TBS/JAM
LAPO ORAN TUG GAS AKHIIR
Diajuk kan untuk Memenuhi M Sebagian Persyaratan P n dalam Menyelesaik M kan m Pendidikaan Diploma a III Program
P Program Sttudi Teknik k Konversi Energi
Oleh h ARIA BETTY B SIM MATUPAN NG N NIM : 10055052057
JURU USAN TEKN NIK MESIIN POLITEKNIK NEG GERI MED DAN MEDA AN 20133
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat
karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan Laporan Tugas Akhir ini. Laporan yang berjudul “Analisa Ketel Uap Pipa Air Berbahan Bakar Cangkang dan Fiber Pada Pabrik Kelapa Sawit Dengan Kapasitas 30 Ton TBS / Jam” ini dimaksudkan 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 penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Bapak M. Syahruddin, ST, MT, Direktur Politeknik Negeri Medan. 2. Bapak Ir.Gidion Sembiring, MT, Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Ir.Isman Harianda, MT, Kepala Program Studi Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Ir.Rufinus Nainggolan, MT, Dosen Pembimbing yang telah memberikan saran, arahan, bimbingan serta dukungan yang sangat membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. 5. Seluruh Staf Dosen dan Pegawai Program Studi Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan. 6. Kedua orang tua saya, Ayahanda Alm. Abdul Benget Simatupang, Spd dan Ibunda Lena Lidya Tarigan yang selama ini telah memberikan dorongan baik material, doa dan semangat kepada penulis. 7. Ketiga orang adik-adik saya, Ananda Simatupang, Ezra Simatupang dan Ave Simatupang yang telah membantu dan memberikan doa dan semangat kepada penulis. 8. Seluruh Keluarga dan kerabat dekat saya.
9. Teman-teman EN-6C yang sangat saya sayangi. 10. Seluruh pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Laporan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini mengingat keterbatasan waktu dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun guna menambah bagi kesempurnaan Laporan ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih. Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi penulis maupun pembaca.
Medan,
Agustus 2013
Hormat saya, Penulis,
Aria Betty Simatupang NIM : 1005052057
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL .........................................................................................
i
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ....................................................................
ii
LEMBAR PERSETUJUAN ..........................................................................
iii
LEMBAR PENGESAHAN ..........................................................................
iv
KATA PENGANTAR ...................................................................................
v
DAFTAR ISI ..................................................................................................
vii
DAFTAR TABEL ..........................................................................................
x
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................
xi
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................
xii
INTISARI.......................................................................................................
xiii
ABSTRACT ...................................................................................................
xiv
BAB I PENDAHULUAN ............................................................................
1
A. Latar Belakang ...........................................................................
1
B. Batasan Masalah ..........................................................................
2
C. Tujuan Penulisan Tugas Akhir ....................................................
2
D. Manfaat Penulisan Tugas Akhir ..................................................
3
E. Metode Pengumpulan Data ........................................................
3
BAB II DASAR TEORI ...............................................................................
4
A. Pengertian Umum Ketel Uap ......................................................
4
B. Klasifikasi Ketel Uap ..................................................................
5
1. Berdasarkan Fluida yang Mengalir di Dalam Pipa .................
5
a. Ketel Uap Pipa Api (Fire Tube Boiler) ...............................
5
b. Ketel Uap Pipa Air (Water Tube Boiler) ............................
7
2. Berdasarkan Posisi Dapur (Furnance) ....................................
8
a. Pembakaran Didalam (Internal Fired) ................................
8
b. Pembakaran Diluar (External Fired) ..................................
9
3. Berdasarkan Jumlah Pipa ........................................................
9
a. Pipa Tunggal (Single Pipe) ...............................................
9
b. Pipa Majemuk (Multi Pipe) ..............................................
9
4. Berdasarkan Metode Sirkulasi Air dan Uap ..........................
9
a. Sirkulasi Alam ..................................................................
9
b. Sirkulasi Paksa .................................................................
9
5. Berdasarkan Penggunaan Ketel ............................................
10
a. Stationer ...........................................................................
10
b. Mobile ..............................................................................
10
6. Berdasarkan Sumber Panas ..................................................
10
7. Berdasarkan Jenis Bahan Bakar ...........................................
10
a. Bahan Bakar Padat ..........................................................
10
b. Bahan Bakar Cair ............................................................
11
c. Bahan Bakar Gas .............................................................
11
8. Berdasarkan Tekanan Kerja Ketel ......................................
11
9. Berdasarkan Kapasitas Uap ..............................................
11
C. Bahan Bakar Ketel Uap ........................................................
11
D. Siklus Rankine .....................................................................
14
D. Proses Pembentukan Uap .....................................................
16
BAB III PENGKAJIAN KETEL UAP (BOILER) TEORITIS ...................
19
A. Prinsip Kerja Ketel Uap (Boiler) .........................................
19
B. Neraca Panas ........................................................................
19
C. Komponen – Komponen Ketel Uap Pipa Air .......................
20
1. Ruang Pembakaran.........................................................
20
2. Drum Atas ......................................................................
21
3. Pipa Uap Pemanas Lanjut (Superheater Pipe)........................
21
4. Drum Bawah ...........................................................................
22
5. Pipa – Pipa Air (Header) ........................................................
22
6. Superheater .............................................................................
22
7. Ekonomiser .............................................................................
23
8.Pembuangan Abu (Ash Hopper)..............................................
24
8. Pembuangan Gas Hasil Pembakaran ......................................
24
D. Perlengkapan Pada Ketel Uap ............................................
25
1. Katup Pengaman (Safety Valve) ....................................
25
2. Gelas Penduga ................................................................
25
3. Pengukur Tekanan Uap ..................................................
25
4. Kran Uap Induk ..............................................................
26
5. Kran Pengisi Air Ketel Uap ...........................................
26
6. Kran Pembuang Air Ketel Uap ......................................
26
E. Perpindahan Panas Pada Ketel Uap ......................................
27
1. Perpindahan Panas Secara Radiasi (Pemancaran) ...........
27
2. Perpindahan Panas Secara Konveksi (Aliran) .................
29
3. Perpindahan Panas Secara Konduksi (Perambatan) ........
29
F. Pembakaran (Combustion) ..................................................
30
1. Syarat – Syarat Pembakaran ...........................................
31
2. High Heating Value (HHV) ............................................
31
3. Low Heating Value (LHV) .............................................
32
G. Kebutuhan Bahan Bakar ....................................................
32
H. Efisiensi Ketel Uap ............................................................
33
I. Kapasitas Ketel Uap (Boiler) .............................................
34
J. Natural Draft.......................................................................
34
K. FDF (Forced Draft Fan) ....................................................
35
L. IDF (Induced Draft Fan) ....................................................
35
BAB IV PEMBAHASAN ............................................................................
36
A. Stasiun Ketel Uap (Boiler) .................................................
36
B. Komposisi Bahan Bakar Cangkang dan Fiber ...................
37
C. High Heating Value (HHV) ...............................................
38
D. Low Heating Value (LHV) ................................................
39
E. Kebutuhan Bahan Bakar .....................................................
39
F. Efisiensi Thermal Ketel Uap ..............................................
40
G. Analisa Konsumsi Bahan Bakar Untuk PKS Rambutan ....
41
H. Massa Udara Pada Dapur Pembakaran ..............................
42
I. Daya Pada Fan .....................................................................
43
BAB V PENUTUP.......................................................................................
45
A. Kesimpulan ...........................................................................
45
B. Saran .....................................................................................
45
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Ketel Uap Pipa Api ....................................................................
5
Gambar 2.2 Gambar Diagram Sederhana Fire Tube Boiler ...........................
6
Gambar 2.3. Ketel Uap Pipa Air ....................................................................
8
Gambar 2.4. Fiber kelapa sawit......................................................................
13
Gambar 2.5. Cangkang Kelapa Sawit ............................................................
13
Gambar 2.6. Boiler yang digunakan di Pabrik Kelapa Sawit ........................
14
Gambar 2.7 Diagram Alir Siklus Rankine Sederhana ..................................
15
Gambar 2.8 Diagram T-S Siklus Rankine Sederhana ...................................
15
Gambar 2.9 Diagram T-S ..............................................................................
17
Gambar 3.1. Prinsip Kerja Boiler ...................................................................
19
Gambar 3.2 Neraca Energi ............................................................................
20
Gambar 3.3 Drum Atas .................................................................................
21
Gambar 3.4 Superheater ................................................................................
23
Gambar 3.5 Ekonomiser................................................................................
24
Gambar 3.6 Katup Pengaman .......................................................................
25
Gambar 3.7 Manometer ................................................................................
26
Gambar 3.8 Katup Blowdown.......................................................................
27
Gambar 4.1. Dapur Ketel Uap (Furnace) .......................................................
37
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Komposisi dari unsur – unsur kimia bahan bakar ..........................
38
Table 4.2 Pemakaian bahan bakar ..................................................................
42
INTI SARI
Alat konversi energi yang mengubah energi kimia dari bahan bakar menjadi energi potensial merupakan pengertian dari Ketel Uap. Uap yang dihasilkan dari ketel uap dapat digunakan untuk pengolahan buah kelapa sawit dan untuk pembangkit energi listrik. Uap tersebut merupakan gas yang timbul akibat perubahan fase cairan menjadi uap atau gas melalui cara pendidihan yang memerlukan sejumlah energi dalam pembentukannya. Bahan bakar yang digunakan adalah cangkang dan fiber dari sisa produksi. Hal ini tentu saja dapat mengurangi pengeluaran pabrik karena tidak perlu membeli bahan bakar, selain itu sisa produksi tidak menjadi limbah yang menggangu. Spesifikasi pabrik memberikan bahwa boiler tipe N 600 SA ini membutuhkan bahan bakar 5180 ton/jam, nilai LHV adalah 14858,28 kJ/kg dan nilai HHV adalah 15391,23437 kJ/kg serta mempunyai efisiensi thermal sebesar 69,8%.
Kata Kunci : Ketel Uap, Cangkang dan Fiber, Efisiensi
ABSTRACT
Tool of convert the energy altering chemical energy from fuel become the potential energy. Steam produced from a gas boiler can be used to processing of coconut fruit applicable to sawit as well as for the generating energy electrics. The steam which arise due to changes in the liquid phase to a vapor or gas by means of boiling which requires certain amount of energy in its formation. The fuel is cangkang and fiber from the rest of production. This of course can reduce factory because they do not need to buy fuel, other than that the rest of the production process does not become an annoying waste. Provided that the boiler manufacturer’s specifications N 600 SA this type need fuel as much 5180 tons/hour, LHV value is 14858,28 kJ/kg and HHV value is 15391,23437 kJ/kg and also have the efficiency thermal of equal to 69,8 %.
Keywords : Boiler, Cangkang and Fiber, Efficiency
