PEMBUATAN KETEL MINI UNTUK MENDUKUNG PENGEMBANGAN AGRO INDUSTRI MINYAK ATSIRI

Kebijakan Energi dan Energi Alternatif ISSN 1410-9891

PEMBUATAN KETEL MINI UNTUK MENDUKUNG PENGEMBANGAN AGRO INDUSTRI MINYAK ATSIRI Surasno1), Supriyatno2) 1)

Balai Besar Bahan dan Barang Teknik Jl. Sangkuriang No. 14 Bandung Telp. 022-2504828 2) Pusat Penelitian Fisika – LIPI Jl. Sangkuriang/ Cisitu 21/154 D Kompleks LIPI Bandung 40135 Telp. 022-2507773/2503052, Fax. 022-2503050 e-mail : [email protected], [email protected] Abstrak Rancangan ketel mini dengan pembuatan konstruksi kapasitas 50 - 100 kg uap/jam tekanan 1,1 – 1,2 bar untuk mendukung pengembangan agro industri minyak atsiri menggunakan bahan bakar padat telah dibuat dan diuji coba. Ketel uap mini mempunyai dimensi luar tinggi 2135 mm, diameter 860 mm dengan luas pemanas 3,25 m2 dan dilengkapi tangki ekonomiser. Material utama ketel dipilih dari bahan yang mampu menahan tekanan dan temperatur tinggi, tahan korosi akibat air/uap. Dan memenuhi kriteria ASME Sect I termasuk persyaratan Ketel uap standar nasional (Depnaker). Ketel dilengkapi water treatment. Bahan bakar padat biomassa yang digunakan pada ketel uap ini adalah limbah kayu dipotong ukuran panjang 15 – 25 cm. Bahan bakar padat lain seperti arang kayu dan batubara dapat digunakan. Pengujian awal unjuk kerja mengukur efisiensi termal menggunakan metoda sederhana input output energi termal. Untuk penggunaan bahan bakar padat limbah biomassa kayu-kayuan menghasilkan efisiensi 48% 73,13%, sedangkan batubara 44,86%. Abstract The design of miniature boiler completed with construction working for solid biomass fuel has been conducted and also tested. It’s work has capacity 50 – 100 kg/h and pressure 1.2 – 1.5 bar. The outer dimension have height 2135 mm, diameter 860 mm and width for heateng surface 3.25 m2. The boiler also completed with economizer so that could be compatible to use in atsiri industrial development. The assembling of boiler has selected with main material withstand higher temperature and pressure including corrosion due to saturated steam. That is agreement with ASME sect I standard and also include of the rule Depnaker (Ketel Uap Standar Nasional). The feed water was processed by water treatment facility and the combustion chamber design acording to biomass solid fuel with long 15 – 25 cm or the other as charcoal and coal also could be used. The started testing for thermal efficiency has been conducted by simple method and the result by using biomass solid fuel from waste wood are 48 – 73% but where as by coal 44.87%.

1. Pendahuluan Usaha kecil dan menengah (UKM) yang bergerak dalam agro industri seperti minyak atsiri memerlukan uap sebagai sumber energi panas untuk proses produksi. Beberapa permasalahan yang dihadapai oleh pengolah daun nilam adalah hasil produksi mutunya rendah, sehingga nilai jual rendah. Industri kecil pengolahan minyak nilam kabupaten Garut kecamatan Pakenjeng memiliki tiga unit pengolahan nilam. Didalam pengolahan minyak nilam menggunakan cara tradisional yaitu alat masak kukusan dari bahan baja karbon. Bahan baku ranting nilam ditempatkan dibagian atas sedangkan bagian bawah air yang dididihkan dan menguap menekan bahan baku nilam dibagian atas. Minyak nilam dihasilkan melalui destilasi (disuling) melalui pendinginan penukar kalor dari bahan stainless steel. Adapun dari hasil pengolahan ini diperoleh minyak nilam berwarna coklat agak tua yang menunjukan kualitas minyak nilam masih rendah karena bejana pengolah menggunakan bahan bejana dari baja karbon yang mudah terjadinya korosi. Dari hasil pemantauan September 2004 pada koperasi nilam di Pakenjeng peralatan kukus dari bahan baja karbon sudah korosi, banyak kebocoran sehingga tidak dapat dipergunakan. Salah satu pengolahan minyak nilam lain sudah digantikan dengan bahan bejana tekan dari stainless steel dan hasilnya minyak nilam ini berwarna coklat muda yang menunjukkan hasil pengolahan minyak nilam ada kecenderungan peningkatan.

Peningkatan Daya Saing Nasional Melalui Pemanfaatan Sumber Daya Alam untuk Pengembangan Produk dan Energi Alternatif

1


Pengolahan minyak nilam di kabupaten Garut umumnya menggunakan tekanan 1,1- 1,5 bar pada suhu 90 – 120 0 C sedangkan kebutuhan aliran uap tidak diketahui. Cara masak kukus menggunakan bahan bejana dari baja karbon mempunyai kelemahan yaitu produk minyak nilam yang dihasilkan berwarna coklat tua menunjukan kandungan ferrit yang tinggi sehingga kualitas minyak nilam dianggap kurang baik, demikian pula dari segi konstruksi bejana bahan baja karbon cepat mengalami korosi terutama dari sisi bagian dinding dalam. Sedangkan di lokasi lain pengolahan cara masak kukus menggunakan bahan bejana dari baja stainless steel masih mempunyai kekurangan yaitu produk minyak nilam yang dihasilkan berwarna coklat muda menunjukan kualitas minyak nilam masih kurang baik. Demikian pula konstruksi bejana masakan bahan dari bahan stainless steel kecenderungan mengalami korosi terutama bagian yang kontak langsung penyalaan api korosi yang terjadi adalah jenis korosi Stress Corrosion Cracking. Ketel uap yang dipergunakan oleh industri kecil pada umumnya tidak memenuhi syarat dari segi konstruksi, keamanan dan umur ketel relatif pendek ketika pemakaian, maka perlu didesain suatu ketel yang memenuhi suatu persyaratan standar baku ketel dan aman ketika dioperasikan. Untuk mengatasi kondisi tersebut maka diperlukan suatu pengolahan minyak nilam dengan penghasil uap yang terpisah yang dinamakan ketel uap yaitu suatu peralatan pembangkit uap yang dipisahkan dari proses pengukusan dan penyulingan. Boiler atau Ketel Uap, adalah suatu bejana bertekanan, bertemperatur tinggi dan menghasilkan uap air. Ketel ini dibuat dari material yang kuat dan mampu menahan tekanan dan temperatur uap yang terbentuk oleh adanya panas pembakaran dari sumber bahan bakar padat. Dengan menggunakan uap bertekanan, maka kualitas produk meningkat dan stabil karena temperatur proses terjaga dalam kondisi konstan sehingga diharapkan hasil produksi meningkat dan memenuhi persyaratan mutu sebagai jaminan kepuasan konsumen. Dengan pemakaian ketel uap ini diharapkan dapat menghasilkan kualitas yang lebih baik. Hal ini sejalan pula dengan kebutuhan usaha kecil dan menengah dibidang agro industri, yaitu mengembangkan perekayasaan pembuatan ketel mini, mulai dari desain, pembuatan prototype sehingga diperoleh ketel uap yang handal dan aman, memberikan nilai ekonomis yang baik ketika proses pembuatan, pengoperasian dan pemeliharaannya. Memberikan bentuk kontribusi yaitu peningkatan mutu produksi pada industri minyak atsiri, dari proses yang biasa menggunakan cara penguapan langsung (dandang) menjadi suatu sistem penguapan tidak langsung yaitu dengan metoda pemisahan ketel yang tersendiri. Perekayasaan ketel uap mini untuk mendukung proses pembuatan minyak atsiri dengan kapasitas 50 – 100 kg uap/jam dan tekanan 1,1 – 1,2 bar. Menggunakan bahan bakar padat dari limbah kayu (ranting-ranting, potongan kayu borneo), arang kayu dan batubara. Bahan bakar kayu ranting akan lebih banyak digunakan mengingat banyaknya limbah ini sekitar pengolahan nilam. Perekayasaan ini dipertimbangkan pula berdasarkan pada lingkungan industri minyak atsiri, ketenagaan kerjaan, hemat energi, pemakaian air dan kesederhanaan. Tujuan dari kegiatan adalah membuat desain dan konstruksi ketel mini kapasitas 50 – 100 kg uap/jam dengan tekanan 1.2 bar dalam rangka pengembangan rekayasa ketel mini untuk mendukung UKM atsiri dalam meningkatkan kualitas produksi yaitu diantaranya penurunan kadar Fe dalam minyak yang dihasilkan disamping diversifikasi energi dimana bahan bakar minyak dapat digantikan mengunakan limbah padat biomassa. Sistem ini merupakan teknik masak yang efisien dapat meningkatkan kualitas produk minyak atsiri, seperti menurunkan kadar Fe yang mungkin terbawa pada teknik proses masakan langsung atau cara proses penguapan langsung. Ketel mini ini disamping untuk keperluan proses minyak atsiri dapat pula digunakan pada industri pertanian, kehutanan, pabrik kerupuk, pabrik tahu, pabrik tempe dan lain-lain. 2. Metodologi Metodologi dilakukan dengan mengidentifikasi ketel tradisional UKM atsiri nilam di lapangan, mempelajari persyaratan ketel standar menurut Depnaker, membuat desain dan gambar teknik ketel mini menurut kriteria penggunaan ketel mini dengan efektif di daerah, membuat prototipe konstruksi ketel sesuai dengan spesifikasi desain dan dilengkapi water treatment kerjasama dengan manufacture ketel, melakukan uji ketahanan hidrostatis, NDT, uji pengolah air (water treatment), uji coba pengoperasian dan karakterisasi energi. 3. Desain Konstruksi Kriteria desain ketel uap dibuat untuk konstruksi dengan cara sederhana dan menghasilkan ketel uap ekonomis, mudah dalam pemeliharaan tanpa mengurangi kualitas ketel uap tersebut. Aliran api dibuat kedalam 4 tahapan yaitu; ruang pembakaran atau lorong api I, pipa–pipa api, lorong api II dan pipa api ekonomiser sehingga panas dapat diserap sebanyak mungkin oleh air, dengan demikian diharapkan akan memperoleh perpindahan panas yang lebih efektif sehingga kehilangan panas akibat gas buang akan lebih kecil. Komponen utama ketel terdiri dari : dua lorong api, pipa-pipa pemanas, pipa api pemanas economizer, satu badan ketel, lorong pemasukan bahan bakar, dua pembersih ruang air dan satu pembersih ruang abu. Lorong api dan tutup lorong api dibuat dari baja ketel A 516 grade 70 dengan cara diroll dan dilas. Badan ketel uap dan tutup ketel dibuat dari baja St. 41 Kg/mm2 dan tutup bawah dari baja ketel. Pipa-pipa pemanas dibuat dari bahan pipa baja


2


ketel DIN 17175. Dan sebagai pelindung lapisan luar ketel terbuat dari glass wool dan bahan pelat tipis aluminium. Ketel uap dibuat dengan kedudukan vertical, berdiri diatas dudukan yang terbuat dari profil baja U dimana ruang pembakaran ditempatkan pada tengah-tengah badan ketel lorong api I untuk memanasi badan I, kemudian panas disalurkan melalui pipa api memanasi badan II, panas yang masuk ke ruang lorong api II memanasi Badan III, sedangkan sisa panas mengalir ke cerobong dan memanasi ekonomiser selanjutnya sisa panas dibuang ke cerobong asap. Desain konstruksi secara lengkap dapat dilihat pada gambar 1 berikut.

Gambar 1. Penampang konstruksi dan bentuk luar ketel mini Hasil perancangan dengan spesifikasi sebagai berikut : Nama mesin : ketel uap mini ; Fungsi : penghasil uap untuk mendukung pengolahan minyak atsiri ; Input : Bahan bakar padat (kayu, ranting, arang kayu, Batubara) ; Output : Uap basah ; Kapasitas : 50 - 100 kg uap/jam ; Tekanan kerja : 1,1 – 1,2 Bar/ kg/cm2. Keterangan perhitungan desain : Luas pemanas = 3,25 m2 ; Tinggi cerobong= 6,74 meter ; Tebal pelat badan ketel dengan tekanan dari dalam(menurut ROUNDSLAGEN)= 2,55 mm ; Tebal pelat lorong api lurus tekanan dari luar= 4,547 mm ; Tebal pipa api = 1,11 mm ; Volume Air= 416 liter ; Kebutuhan waktur untuk memanaskan air 446,21 liter air diperlukan waktu 42.388 k.kal/53.900 = 0,7864 jam = 47,18 menit ; Perhitungan Volume Ruang Dapur = 290, 3 liter. Material utama ketel dipilih dari bahan yang mampu menahan tekanan dan temperatur tinggi dan tahan korosi akibat air/uap dan dapat memenuhi criteria ASME Sect I. Dan persyaratan Ketel uap standar nasional (Depnaker). Badan ketel uap antara sisi air dan dinding luar dibuat dari bahan baja carbon steel 400, memiliki tegangan yang diijinkan sebesar 8,859 kg/mm2 lebih rendah dari pada lorong api. Badan lorong api dan tutup.


3


Tabel 1. Bahan konstruksi ketel mini dan dimensi No. 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Bagian konstruksi Lorong shell (shell body) P5 Diameter luar Panjang/tinggi Tebal Head shell (Dish end body) P7 Tinggi bottom Diameter luar Tebal Tutup bawah shell (bottom cover) P6 Diameter dalam Diameter luar Tebal Lorong api bawah (shell furnace) P1 Diameter ruang dapur I bawah Tinggi ruang dapur I bawah Tebal Lorong api atas (shell furnace) P3 Diameter ruang dapur II atas Tinggi ruang dapur I atas Tebal Pipa api (fire tube) T1 Tinggi (panjang) pipa api Diameter Tebal Head lorong api (dish end furnace) P4 Tinggi bottom ruang dapur atas Diameter Tebal Tube plate P2 Diameter Tube plate atas/bawah Tebal tube plate Diameter Lubang tube plat 19 bh Unit ekonomiser (dish end body tank, shell plate tank, top plate tank) P7, P8, P9 Diameter luar cadangan air Tinggi cadangan air Tebal pelat Cerobong asap utama (chimney) T3 Diameter cerobong asap Tinggi cerobong asap Tebal Cerobong asap Diameter Tinggi Tebal Penumpu ketel Panjang x lebar Tebal

Jumlah

Dimensi

Bahan CS 400(G 3101 SS 41)

760 mm 1750 mm 6 mm CS 400(G 3101 SS 41) 105 mm 760 mm 8 mm CS 400(G 3101 SS 41) 560 mm 748 mm 10 mm 560 mm 720 mm 8 mm 560 mm 320 mm 8 mm 19 buah 400 mm 76 mm 3,2 mm 60 mm 560 mm 8 mm 2 buah

SB DIN 17155 HII/(G 3103 SB 42)

SB DIN 17155 HII/(G 3103 SB 42)

SB DIN STB-35)

17175(G3461

SB DIN 17155(G 3103 SB 42)

SB 17155(G 3103 SB 42) 560 mm 12 mm 76 mm CS 400(G 3101 St 41) 760 mm 300 mm 6 mm CS 400(G 3101 St 41) 125 mm 900 mm 3,2 mm CS 400(G 3101 St 41) 125 mm 400 mm 2-3 mm

Satu unit 1000x1000 mm 5 mm

baja frofil U 6 x 12 mm sekelas, CS 400/SA 36

Tabel 2. Assesoris No. 1 2 3

4

Bahan Softener volume 12 liter dengan 4 liter resin Tangki penampung air 600 liter Perlengkapan safety (keselamatan kerja) Manometer Termometer Safety valve Pompa air dan perpipaan suplly economizer

Jumlah Satu unit Satu Satu unit Satu Satu Satu Satu set

Proses Kerja Sistem Ketel Air dipompa ke dalam ruang ekonomiser bagian atas ketel uap, setelah ditambahkan make up (bahan pelunak air), dari ekonomiser disalurkan ke ketel uap secara grafitasi dan tekanan uap dalam dengan pengaturan


4


katup-katup. Ketinggian air yang ada dalam ruang air dikontrol dengan memasang alat gelas duga yang dipasang diantara ruang uap dan ruang air yang dihubungkan dengan pipa-pipa. Uap yang dihasilkan dari pemanasan bahan bakar padat melalui ruang uap dan ruang air dalam ketel dilewatkan melalui instalasi perpipaan yang selanjutnya digunakan untuk proses minyak atsiri. Untuk menjaga kemungkinan terjadi ledakan akibat tekanan uap berlebih maka dipasang katup pengaman yang ditempatkan diatas badan ketel uap berhubungan langsung dengan ruang uap. Untuk menjaga temperatur uap dipasang termometer suhu yang ditempatkan diatas badan ketel berhubungan langsung dengan ruang uap. Ketinggian air dalam ketel harus dijaga agar uap yang dihasilkan tidak menurun, untuk mengetahui ketinggian air dalam ketel digunakan gelas penduga, alat ini dipasang di antara ruang uap dan ruang air yang dihubungkan dengan pipa. Ketel uap dilengkapi dengan katup pengaman untuk mencegah ledakan akibat tekanan uap dalam ketel berlebih, alat ini dipasang di atas badan ketel. Untuk mencapai tekanan uap dan kapasitas uap seperti yang diinginkan, pada ketel dilengkapi dengan alat pengendali secara manual, dimana feed water (pengisian air) dipantau oleh tingkat ketinggian air pada gelas ukur pada ketel dan bahan bakar padat diatur secara manual sehingga pemakaian bahan bakar menjadi efisien. Untuk komponen accessoris ketel seperti nozel-nozel untuk gelas duga, katup pengaman, cerobong asap dan duduk-dudukan mengikuti dan menyesuaikan tahapan fabrikasi. 4. Hasil dan Pembahasan Konstruksi ketel uap mini Gambar desain ketel uap sebagai referensi kerja yang diaplikasikan pada pembuatan ketel berdasarkan pada hitungan kapasitas uap, tekanan uap dengan bahan-bahan yang digunakan. Bahan yang digunakan untuk ketel mini ini umumnya sama dengan material yang digunakan untuk Ketel pembangkit daya (Power Boiler), mampu menahan tekanan dan temperatur tinggi. Didalam pekerjaan konstruksi menggunakan cara sambungan las, dilaksanakan oleh welder berpengalaman yang memilki sertifikat Depnaker untuk proses SMAW pada pengelasan ketel uap. Demikian pula desain ketel mini sama dengan desain ketel pembangkit daya dengan mempertimbangkan kapasitas uap yang dihasilkan, tekanan uap yang diinginkan dan bentuk konstruksi yang akan dihasilkan, dan bentuk konstruksi ketel menghasilkan efisiensi sebagaimana yang diharapkan. Pabrikasi ketel mini dibuat harus menggunakan cara pengelasan untuk menyambung badan dengan tutup-tutup dan kelengkapan lainnya. Ketel ini dilengkapi dengan alat pensuplai air, dalam hal ini digunakan pompa air yang dilengkapi dengan pipa instalansi, katup searah dan katup stop dengan instalasi pipa-pipanya. Untuk menguras air ketel apabila hendak dibersihkan dilengkapi dengan katup kuras yang ukurannya tidak kurang dari NPS 1/2 dan ditempatkan dibagian paling bawah badan ketel uap. Untuk menjaga keamanan dalam pengoperasian, ketel ini dilengkapi instrumentasi yang terdiri dari safety valve diseting pada tekanan 2 bar, termometer dan manometer. Tabel 3. Spesifikasi ketel mini seperti tertera pada tabel berikut : No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Uraian Tekanan kerja maksimum yang diizinkan Kapasitas uap Temperatur uap Temperatur air Temperatur gas panas Jenis bahan bakar padat Luas pemanas Nilai kalor bahan bakar Pemakaian bahan bakar Jenis pembakar Lokasi ketel

1,2 - 2 kg/cm² 100 kg uap/jam Uap basah,100– 140 °C 70 – 90 °C 1.000 °C (Limbah BO) kayu batubara 3,26 m² 3.500 – 5.000 kcal/kg 19 kg/jam Ruangan dapur Pembakar In door

Dengan kelengkapan ketel uap : ruangan dapur pembakar, pintu bahan bakar, pompa air, cerobong asap, manometer, gelas penduga, katup pengaman, katup utama dan pipa instalasi. Ketel mini ini digunakan untuk mendukung industri minyak atsiri dan sebagai alat pengubah energi dari fasa air menjadi fasa uap yang mempunyai tekanan dan bertemperatur uap basah. Peralatan ini dalam bentuk bejana yang tahan terhadap tekanan dan temperatur sebagaimana persyaratan untuk bejana yang bertekanan dan bertemperatur tinggi. Dibuat dari bahan baja tahan terhadap tekanan dan temperatur tinggi. Dan sebagaimana pertimbangan dalam perekayasaan dan pembuatan mengacu pada peraturan nasional (undang-undang uap Depnaker) dan memperhatikan persyaratan lainnya.


5


Air umpan Air pengisi ketel diolah menggunakan softener untuk menurunkan kesadahan sebagai prasyarat air pengisi ketel dan telah diuji berdasarkan kaidah SNI. Air baku yang disuplai ke ketel pada umumnya harus bersih dari kotoran organik atau kotoran non organik agar ketel memiliki umur pakai yang lebih panjang. Air umpan dimaksud terdiri dari air pengisi (feed water) dan air ketel. Beberapa persyaratan khusus untuk air pengisi yaitu terdiri : tekanan, kg/cm2 < 10, Ph (pada 25 °C) 7 – 9, kesadahan total CaCO3 , ppm < 1, Si O2 (Silica) -, Hydrazin, ppm -, tembaga -, Fe (Ferro) Min., Hardness < 2 ppm, Oil and Fat hampir 0, Dissolved Oxygen rendah. Kondisi air ketel hasil pengujian terdiri : Ph 11– 11,8 , Specific Conductance Cond 3.500, Alkalitet Ca Co3 ppm 100 – 800, Total Solid, ppm < 4000, Daya hantar listrik mohs/cm < 6000, Ion klorida, ppm < 600, Ion phoshat, ppm 20 – 40, Ion Sulfit, ppm 10 – 20, Hydrazin 0,1 – 0,5, Silika, ppm -. Pemeriksaan pabrikasi Proses pemeriksaan fabrikasi ketel dilakukan uji visual dan penetran test untuk mengetahui cacat-cacat permukaan, pemeriksaan sub surface tidak dilakukan mengingat ketebalan bahan 6 mm, dan sebagai penggantinya adalah pemeriksaan yang ketat pada visual untuk setiap lapisan las, juga perhitungan desain dengan faktor penurunan kekuatan kontruksi desain 0,7 untuk las sejalan hasil baik, elektroda disahkan (E 7016). Pengujian Hidrostatis Pengujian hidrostatik dilakukan dengan air untuk mengetahui adanya kebocoran pada ketel akibat kesalahan fabrikasi terutama hasil proses pengelasan. Sebelum pengisian air, tutup semua nozel, pipa-pipa dan bukaan yang lainnya dengan penutup sementara, pastikan tutup tersebut tidak akan bocor dan kuat menahan tekanan air pada 1,5 x Maksimum Working Available Pressure (3 kg/cm2). Pasang manometer pressure gage dengan tekanan 0 –10 kg/cm2 pada ketel untuk mengetahui besarnya tekanan air dalam ketel, siapkan air yang bersih, pompa beserta kelengkapannya. Masukan air ke dalam ketel, tekan dengan pompa hingga tekanan air ketel yang ditunjukan oleh manometer mencapai 4,5 kg/cm2 adalah 1,5 kali tekanan desain. Ditahan selama 60 menit, selama periode penahanan tekanan dilakukan pemeriksaan kebocoran pada seluruh bagian ketel terutama sambuangan las. Pastikan bahwa ketel tidak bocor, jika pemeriksaan dianggap selesai dan waktu penahanan tekanan telah mencapai 60 menit, kemudian keluarkan air secara perlahan hingga tekanan mencapai nol. Hasil Pengujian Terhadap hasil pengelasan dilakukan pemeriksaan visual dan penetran test, selanjutnya dilakukan uji tekan air pada tekanan 5 bar dan hasilnya baik tidak terdapat kebocoran. Dalam pembuatan peralatan ketel mini ini sesuai dengan hasil rancangan, maka supervisor melakukan pengawasan terhadap pembuatan ketel mini. Dengan petunjuk gambar teknis yang telah dibuat, maka perbengkelan melanjutkan pembuatan peralatan ketel mini. Tahap selanjutnya dilakukan uji coba, sesuai dengan petunjuk prosedur pengoperasian dan pemeliharaan. Pemeriksaan alat instrumentasi 1. Safety valve hasil kalibrasi dan diseting pada 1,5 bar. 2. Manometer terkalibrasi. 3. Suhu terkalibrasi dan dikoreksi. 4. Gelas ukur mudah dibaca. Pemeriksaan air 1. Air sumur sebelum dilewatkan softener kesadahan 150 ppm. 2. Air sumur setelah dilewatkan softener kesadahan 10 ppm. Pengujian Kinerja Ketel Efisiensi termal ketel dapat diperoleh menggunakan metoda input output energi termal, dimana efisiensi (%) Euap (1) η= × 100% E Bahan bakar Metoda ini mengukur jumlah panas diserap oleh air dan uap kemudian dibandingkan terhadap total energi masuk (input) dari bahan bakar dengan nilai panas bahan bakar tertinggi (HHV). Namun demikian karena keterbatasan peralatan pengukur pada pengujian ini, maka secara sederhana energi output cukup diambil dari energi yang diserap oleh penguapan air dengan nilai kalor uap 540 kcal/kg. Sedangkan energi input bahan bakar


6


dapat disesuaikan dengan ketentuan. Nilai kalori bahan bakar diambil berdasarkan perkiraan dari pengalaman pengujian terdahulu. Disamping efisiensi termal ditentukan pula daya panas dari poses pembakaran berdasarkan hubungan E Bahan bakar Daya panas (P) = ( kW ) (2) lama uji (detik) Untuk penyederhanaan perhitungan, maka energi untuk pemanasan air ketel hingga tekanan operasi diabaikan demikian sehingga perhitungan efisiensi berdasarkan data ketika ketel beroperasi menurut standar tekanan penggunaannya. Berikut hasil analisis data pengujian kinerja ketel masing-masing menggunakan bahan bakar kayu bekas pinis rasamala, kayu bekas borneo, kayu limbah pohon kadaka kering, arang kayu, minyak tanah dan batubara : Tabel 4.

No 1 2 3 4 5

Laju uap kg/jam 49.32 73.13 59.49 58.43 63.53

Jenis BB, NK (kcal/kg) Kayu bekas pinus rasamala, 4200 Kayu bekas borneo, 4000 Kayu limbah pohon kering, 3800 Minyak Tanah, 10400, BD 0.83 Batubara, 6500 (dengan blower)

Laju BB/ Jam 13.2 16.88 16.27 7.92 11.76

Rasio Uap/BB 3.7 4.3 3.7 7.4 5.4

Efisiensi % 48.00 73.13 52.84 38.33 44.86

Daya Panas kW 64.73 78.75 72.14 96.05 89.22

Ket Tek (Bar) 1.20 1.13 1.15 1.1 1.2

Ketel uap dioperasikan sederhana dan dapat dilaksanakan oleh operator melalui pelatihan pendek, bahan bakar kayu limbah jenis borneo, rasamala, ranting-ranting pohon berupa limbah dari hutan, dibuat potongan ukuran panjang 10-25 cm. Kapasitas laju uap 100 kg/jam masih belum dapat dicapai, tetapi untuk tekanan sudah mencapai target. Air umpan dari softener di ekonomiser mengalami kenaikan 40-60 0C sebagai bahan air masukan ke ketel uap menggunakan gaya gravitasi dengan laju kapasitas 15 liter/menit. Efisiensi termal ketel uap umumnya masih dibawah standar (60-70 %), namun tidak semuanya, efisiensi ketel uap masih bias mencapai 73% ketika menggunakan limbah kayu borneo.

5.

Kesimpulan dan Saran Tindak Lanjut

Ketel uap mini vertikal ini sangat bermanfaat untuk industri kecil agro pengolahan minyak atsiri. Bahan bakar yang digunakan bahan bakar padat seperti kayu, ranting limbah biomassa. Peralatan ini dapat ditempatkan di daerah pedesaan yang tidak memiliki sumber daya listrik, karena ada penggunaan kaidah gravitasi ketinggian pada pengisian air ketel. Saran tindak lanjut dalam pengembangan manufaktur selanjutnya yaitu meningkatkan efisiensi dengan cara : mengurangi diameter ekonomiser, menambah ukuran panjang pipa api, cerobong asap dibuat elbow atau dibuat pada bagian samping ketel untuk menahan panas sehingga terjadi turbulensi panas.

6. Ucapan Terima Kasih Dengan telah selesainya kegiatan pembuatan ketel uap mini untuk mendukung pengembangan Agro Industri Minyak Atsiri kami mengucapkan terima kasih kepada Proyek Pelayanan Teknologi Balai Besar Bahan dan Barang Teknik dalam mendukung pembiayaan penelitian ini, kepada Kepala Balai Besar Bahan dan Barang Teknik, Time pembuatan perekayasaan konstruksi ketel uap dan peneliti terlibat dari Pusat Penelitian Fisika LIPI Bandung serta teman-teman yang telah melaksanakan uji coba efisiensi energi.

Daftar Pustaka 1.

2. 3. 4. 5. 6.

Surasno, dkk, (2004), “Pembuatan Ketel Uap untuk Mendukung Pengembangan Agro Industri Minyak Atsiri”, Laporan Akhir Proyek Pengembangan dan Pelayanan Teknologi Industri Bahan dan Barang Teknik, Bandung. James J Jackson, (1987), “ Steam Boiler Operation”, Principles and Practice, Second Edition, New Jersey. Harry M, Spring & Anthony L, Kohon (1987), “ Boiler Operator’s Guide “, Second Ed. New York, Mc Graw hill. P. Chattopadhyay, (1995)“ Boiler Operation Engineering, Tata, Graw Hill. Theodre B. Sauselein, (1995), “Boiler Operation’s Exam”, Mc Graw Hill. ASME , Sec IV, (2000), “ Heating Boiler”, The American Society of Mechanical Engineers, New York NY 10017.


7


7. 8. 9. 10. 11. 12.

13. 14. 15.

ASME, Sec I (2000), “ Power Boiler “, The American Society of Mechanical Engineers, New York NY 10017. ASME , Sec VI, (2000), “ Recommended Rules for care and Operation of Heating Boiler” The American Society of Mechanical Engineers, New York NY 10017. ASME Sec.IX, (2000), “ Welding and Brazing Qualifications “ , The American Society of Mechanical Engineers, New York NY 10017 ASME Sec V,( 1998), “ Non Destructive Examination “,The American Society of Mechanical Engineers, New York NY 10017. Djokosetyardjo M.J., (2003), “ Ketel Uap “ Cetakan Kelima, PT Pradnya Paramita, Jakarta. Departemen Tenaga Kerja dan Transmigrasi R I, (1981), “ Pedoman penggunaan dasar-dasar penilaian dan perhitungan pesawat uap dan bejana tekan “, Edisi No. 70/DP1981. Proyek peningkatan pengawasan keselamatan kerja, Direktorat pembinaan norma-norma keselamatan kerja & hyperkes, Direktorat jenderal pembinaan dan perlindungan tenaga kerja, Jakarta, tahun 1979/1980. Pawito M. Sontowiro, “ Pembangkit Uap “, Jurusan Teknik Mesin , Institut Teknologi Bandung. Combustion Engineering, Inc, (1981), “ Combution Fossil Power Systems “, Combustion Engineering, Windsov. Central Boiler-Outdoor Wood Furnaces-Stainless Steel Comparison, “The classic: Stainless Steel Comparison“, Leaders in product Quality. Design, and innovation, http://www.centralboiler.com/stinless.html.


8

PEMBUATAN KETEL MINI UNTUK MENDUKUNG PENGEMBANGAN AGRO INDUSTRI MINYAK ATSIRI

Recommend Documents