KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa Atas

berkat dan karunia yang diberikanNya sehingga penulis dapat

menyelesaikan laporan yang berjudul “OPTIMASI ENERGI” ini.

Laporan yang berjudul optimasi energi ini berisikan bagaimana cara

melakukan praktikum dan bagaimana cara menganalisa boiler. Laporan

ini bisa juga sebagai acuan dalam pengambilan data karena di dalam

laporan ini disertai data dari praktikum boiler tersebut.

Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Dosen yang

membimbing penulis dalam pengambilan data yaitu Bapak Rufinus

Nainggolan. Penulis juga tidak lupa kepada teman - teman yang

membantu penulis dalam melakukan praktikum dan dalam menganalisa

data.

Penulis menyadari bahwa tak ada gading yang tak pernah retak,

untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran demi kesempurnaan

laporan ini.

Medan, Juni 2013

Penulis

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Topik : Optimasi Boiler

B. Tujuan

Adapun tujuan yang hendak dicapai dari pelaksanaan percobaan

ini adalah sebagai berikut :

1. Praktikan dapat mengetahui fungsi suatu boiler dan prinsip

kerjanya ;

2. Praktikan dapat mengoperasikan boiler ;

3. Praktikan dapat mengenal bagian-bagian mekanikal, elektrikal dan

instrumental dari boiler ;

4. Praktikan dapat mengetahui urutan/prosedur pelaksanaan

percobaan ;

5. Praktikan dapat membuat daftar simbol setiap parameter dan

satuan-satuannya ;

6. Praktikan dapat mengetahui cara membaca alat ukur boiler ;

7. Praktikan dapat mengukur dan mengetahui kebutuhan bahan

bakar boiler ;

8. Praktikan dapat mengukur laju air pengisian dan menghitung

kapasitas produksi uap;

9. Praktikan dapat mengukur tekanan dan temperatur ;

10. Praktikan dapat menghitung efisiensi boiler ;

11. Praktikan dapat membuat laporan pengujian optimasi boiler.

2

BAB II

DASAR TEORI

A. Defenisi da Fungsi Boiler ( Ketel Uap )

Boiler atau ketel uap atau Steam Generator adalah suatu alat

konversi energi yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi

panas hasil pembakaran bahan bakar menjadi energi potensial uap

yang dapat digunakan untuk berbagi keperluan. Hal ini terjadi

dikarenakan adanya perpindahan panas dari bahan bakar dan air yang

terjadi di dalam tabung yang tertutup rapat.

Fungsi ketel uap (Boiler) adalah untuk mengkonversikan energi

pembakaran bahan bakar menjadi energi potansial uap.

Steam yang dihasilkan dari ketel ini dapat digunakan untuk

berbagai keperluan sebagai berikut :

1. Untuk external combustion engine

Contoh : untuk mesin uap reciprocating dan turbin air

2. Untuk keperluan proses di dalam boiler

Contoh : untuk steam injeksi pada kolom fraksinasi

3. Untuk pemanas

Contoh : untuk pemanas produk minyak dalam penyimpanan

3

B. Bagian Utama Ketel Uap

Bagian-bagian utama yang terdapat daripada sebuah ketel antara

lain :

1. Dapur/Ruang Bakar

Bagian ketel yang sangat penting untuk menimbulkan panas

adalah dapur (furnance). Disini terjadi proses perubahan energi

kimia bahan bakar menjadi energi panas. Untuk proses

pembakaran ini membutuhkan udara dan bahan bakar yang

pencampurannya langsung dalam bahan bakar.

2. Drum Uap

Uap yang dihasilkan mempunyai tekanan yang sangat tinggi,

maka bagian yang penting adalah bejana-bejana yang

mempunyai kekuatan terhadap tekanan tinggi, yang umumnya

bagian ini disebut drum ketel.

Bagian-bagian ketel yang ada di dalam drum ketel itu sendiri

juga ikut menentukan kelancaran operasi dan performansinya,

seperti susunan pipa, superheater, heater, kotak lumpur,

ekonomizer dan lain sebagainya. Peralatan pengaman dan

penunjang selalu diikutsertakan untuk dipasang pada sebuah

ketel dengan maksud agar ketel dapat bekerja dengan aman dan

sesuai dengan operasi yang dikehendaki. Bahkan peralatan yang

terpisah dari ketel ini sendiri seperti peralatan pemurnian air

umpan ketel juga sangat diperlukan dan besar sekali

pengaruhnya terhadap kerja ketel.

3. Feed Water Tank

Feed water tank berfungsi sebagai penampungan air yang

berasal dari water, yang selanjutnya disiapkan untuk air umpan

ketel.

4. Pompa Air Pengisian Boiler

4

Pompa air pengisian boiler berfungsi memompakan air dari feed

water tank ke ekonomizer yang selanjutnya masuk ke ketel uap.

Pompa ini digerakkan oleh uap yang dihasilkan dari ketel uap.

5. Pipa-pipa Api

Ini berfungsi sebagai tempat saluran gas asap dan dipasang di

dalam drum ketel. Pipa-pipa ini merupakan permukaan

perpindahan panas yang utama, dimana perpindahan panas ini

menyebabkan pembentukan uap di dalam drum ketel.

6. Cerobong Asap

Cerobong asap berfungsi sebagai saluran untuk membuang gas

asap/sirkulasi udara (air circulation) pada boiler (b0iler draft), ini

juga berfungsi untuk menjaga polusi udara, karena gas

mengambang di dekat permukaan tanah tempat instalasi dan

pemukiman.

7. Manometer

Manometer dapat digunakan untuk mengetahui besar tekanan

uap yang berada dala ketel.

C. Klarifikasi Ketel Uap

1. Menurut Isi Pipa atau Tabung

Menurut isi pipa, pada dasarnya ketel uap dibagi menjadi:

a. Ketel Pipa Api

Ketel uap pipa api merupakan gas panas dilewatkan melalui

pipa yang disekitar dinding luarnya dikelilingi oleh air atau uap

yang telah terbentuk. Agar perpindahan panas dari api atau gas

panas ke air lebih efektif maka susunan pipa di dalam ketel ini

dapat dibuat pass per pass, yang artinya gas panas yang

melewati pipa-pipa dalam ketel arahnya dapat bolak-balik

terhadap burnernya.

5

Gambar 1. Ketel Pipa Api

Untuk sebuah ketel satu pass yang mempunyai kapasitas

dan kondisi uap yang sama dengan ketel dua atau tiga pass,

maka untuk ketel satu pass mempunyai panjang yang lebih

besar dibanding dengan kedua atau tiga pass. Namun ketel

satu pass mempunyai diameter silinder yang lebih kecil.

Contoh ketel pipa api :

a. Ketel Sederhana Vertikal

b. Ketel Cochran

c. Ketel Lancashire

d. Ketel Cornish

e. Ketel Lokomotif

f. Ketel Kapal

g. Ketel Velcon

Kebaikan dari ketel pipa api adalah :

a. Pemisahan air didalam ketel dilakukan dengan cara memanaskan

air oleh pipa air yang ada didalam lorong yang aa didalam ketel,

sehingga panas yang dipindahkan akan lebih besar.

b. Drum ketel berfungsi sebagai tempat penampungan air atau uap

tempat bidang pemanas,sehingga pembentukan uap lebih efisien.

6

c. Permukaan pemisah antara air dan uap lebih luas atau terbawa

kemungkinan bintik-bintik air dalam aliran uap akan kecil.

Kelemahan dari ketel pipa api adalah :

a. Kapasitas uap yang digunakan ketel ini lebih kecil.

b. Kemungkinan terjadinya kerak dalam drum dan permukaan luar

pipa lebih besar.

c. Pembersihan pipa dan drum karena pembentukan kerak lebih

sulit.

b. Ketel Pipa Air

Ketel pipa air, air disirkulasikan didalam pipa yang dikelilingi

oleh gas panas dari luar pipa. Konstruksi pipa yang dipasang

didalam ketel dapat lurus dan juga dapat berbentuk melengkung,

tergantung dari jenis ketelnya. Pipa-pipa yang lurus yang dipasang

secara paralel didalam ketel dihubungkan dengan dua buah header.

Dan header tersebut juga dihubungkan dengan drum uap yang

dipasang secara horizontal diatas susunan pipa.

Gambar 2. Ketel Pipa Air

7

Susunan diantara kedua header mempunyai kecondongan tertentu,

hal ini dimaksudkan agar dapat mengatur sirkulasi uap di dalam

ketel.

Contoh ketel pipa air :

a. Ketel Babcock dan Wilcock

b. Ketel Lamont

c. Ketel Benson

d. Ketel Loeffler

Kebaikan ketel pipa air adalah :

a. Kapasitas uap yang lebih besar

b. Penggantian pipa pemanas lebih mudah dilakukan.

c. Ketinggian ketel dapat dibuat tidak terlampau besar.

d. Peralatan didalam ketel dapat didekati walaupun ketel sedang

beroperasi.

Kelemahan ketel pipa air adalah :

a. Pada umumnya, penguapan terjadi didalam pipa, sehingga

permukaan pemisah antara air dan uap pipa kecil karena terjadi

binti-bintik air di dalam aliran uap besar.

b. Tingkat penguapan akan cepat turun pada tingkat sirkulasi yang

rendah.

c. Air pengisian sangat berpengaruh terhadap kapasitas ketel.

d. Biaya perawatan ketel ini lebih tinggi.

2. Menurut Posisi Dapur (Furnance)

Menurut posisi dapur, ketel digolongkan :

a. Pembakaran di Dalam (Internal Fired)

Pada ketel ini pembakarannya ditempatkan di dalam shell ketel.

Ketel pipa api termasuk jenis pembakaran di dalam, dimana

pembakaran bahan bakar dilakukan di dalam shell itu sendiri

dan langsung pembakarannya diterima oleh shell.

b. Pembakaran di Luar (External Fired)

8

Pada ketel pembakaran di luar, dapur ditempatkan dibawah

ketel di dalam ruangan yang dikelilingi dinding bata api. Ketel

pipa air adalah termasuk pembakaran di luar. Dapur dapat

dikatakan terpisah dari ketel ini mempunyai ruang pembakaran

yang cukup besar, sehingga kemampuan untuk memancarkan

panas lebih besar.

3. Menurut Jumlah Pipa

Menurut jumlah pipa, ketel digolongkan :

a. Pipa Tunggal (Single Pipe)

Ketel pipa tunggal, hanya terdapat satu pipa air atau pipa api.

Yang termasuk ketel jenis ini adalah ketel vertikal sederhana dan

ketel Cornish.

b. Pipa Majemuk (Multi Pipe)

Pada ketel ini terdapat dua atau lebih pipa api atau pipa air. Yang

termasuk ketel jenis ini adalah ketel Lamont, ketel Lokomotif,

dan lain sebagainya.

4. Menurut Metode Sirkulasi Air dan Uap

Menurut sirkulasi air dan uap, ketel ini digolongkan :

a. Sirkulasi Alam

Sirkulasi air dan uapnya dilakukan dengan oleh gerakan

gelembung-gelembung air di dalam pipa akibat transfer panas

dari cairan panas ke cairan dingin yang dilakukan sepanjang

pamanasan. Kebanyakan ketel ini menggunakan sirkulasi alam.

b. Sirkulasi paksa

Sirkulasi air dan uapnya dilakukan dengan menggunakan pmpa

sirkulasi yang digerakkan oleh tenaga dari luar. Penggunaan

etode sirkulasi paksa ini kebanyakan digunakan pada ketel yang

tekanannya tinggi seperti ketel Lamont, ketel Benon, ketel

Loeffler, dan ketel Velcon.

9

5. Menurut Penggunaannya

Menurut penggunaannya ketel digolongkan :

a. Stasioner

Ketel stasioner atau ketel tetap yang banyak digunakan untuk

power plant dan dalam proses industri. Ketel ini disebut

stasioner karena tidak bergerak dari satu tempat ke tempat

lain.

b. Mobile

Ketel mobile atau ketel bergerak adalah ketel yang dalam

penggunaanya dapat bergerak dari satu tempat ke tempat lain.

Jenis ketel ini adalah Ketel Lokomotif dan ketel Kapal laut.

6. Menurut Sumber Panas

Ketel ini juga dapat digolongkan menurut sumber panas yang

digunakan untuk menghasilkan uap. Sumber panas ini berupa hasil

pembakaran terdiri dari :

a. Bahan bakar padat

b. Bahan bakar cair

c. Bahan bakar gas

d. Gas buang

e. Bahan bakar nuklir

D. Hal-hal yang Harus Dimiliki oleh Ketel yang Baik

Ketel yang baik harus memiliki beberapa faktor, yaitu :

a. Ketel harus dapat menghasilkan julah dan mutuuap secara

maksimum pada pemakaian bahan bakar minimum. Artinya ketel

tersebut dapat bekerja dengan efisiensi semaksimum mungkin.

b. Ketel harus dapat secara cepat menyesuaikan fluktuasi beban

( baik turunnya beban)

c. Ketel harus dapat di start dalam waktu yang singkat tanpa

menimbulkan kerusakan pada bagian ketel tersebut, artinya sesuai

dengan waktu telah ditetapkan dalam instruksi manual dari ketel

tersebut.

10

d. Ketel harus ringan, sehingga tidak menyulitkan pada saat

pemasangannya.

e. Ketel harus seringan mungkin sehingga dapat ditempatkan

didalam ruangan yang kecil.

f. Sambungan-sambungannya harus sedikit mungkin dan dapat

dijangkau pada saat dilakukan inspeksi.

g. Lumpur dan deposit-deposit lain mudah dikeluarkan dari dalam

ketel dan tidak menggumpal pada plat-plat yang dipanasi.

h. Bahan refraktori harus dikurang seminimum mungkin. Tetapi harus

cukup untuk menjamin perpindahan panas secara radiasi.

i. Pipa harus tidak terakumulasi lumpur atau endapan dan tidak udah

rusak karena kena korosi.

j. Semua peralatan dan perlengkapan keselamatan kerja harus dapat

bekerja dengan baik dan mudah di kontrol.

k. Kehilangan panas karena radiasi harus sekecil mungkin, oleh

karenanya isolasi yang digunakan harus mempunyai daya hantar

panas yang rendah.

E. Dasar Pemilihan Ketel Uap

Prinsip pokok untuk merencanakan atau memesan ketel

adalahlima parameter yang harus dipenuhi yaitu :

a. Efisiensinya tinggi yang ditunjukkan oleh transfer panas yang

diperlukan dengan rugi-rugi minimum. Hal ini meliputi permukaan

heat transfer, isolasi yang baik, baffle efektif, dan lain-lain.

b. Power, beban dan tekanan kerja yang dikehendaki.

c. Posisi geografis daripada power house.

d. Bahan bakar dan air yang dapat disediakan.

e. Dapat menghasilkan uap yang bersih.

F. Jenis-jenis Ketel Uap

Jenis-jenis ketel yang sering digunakan di industri adalah :

1. Ketel Vertikal Sederhana

11

Suatu ketel vertikal sederhana menghasilkan uap pada

tekanan rendah dan dalam jumlah yang kecil. Oleh karenanya

ketel ini digunakan untuk membangkitkan tenaga yang lebih

rendah atau pada tempat-tempat yang ruangannya terbatas.

Ketel ini terdiri dari silindrikal shell yang mengelilingi sebuah

ruang api yang bentuknya silinder. Ruang api dibujurkan ke atas

untuk mengijinkan lewatnya uap ke permukaan. Pada bagian

bawah ruang api terdapat kisi-kisi. Pada ruang api dilengkapi

dengan dua atau lebih pipa yang melintang dan condong.

Kecondongan ini dimaksudkan untuk menambah luas permukaan

yang dipanaskan sebaik mungkin untuk sirkulasi air.

Pada plate puncak ruang api yang melengkung dihubungkan

denga sebuah cerobon asap yang mana gas asap dilepas keluar.

Pada tempat yang mana cerobong melalui ruang uap, cerobong

asap ini mendapat pendinginan dari uap. Agar cerobong asap di

bagian dalam tidak terlalu panas, maka di dalam cerobong asap

diberi batu tahan api agar cerobong asap ini tidak langsung

bersinggungan dengan api.

Berdasarkan dengan tiap-tiap ujung pipa air ada sebuah

tangan pada shell dilengkapi lubang lumpur yang dimaksudkan

untuk mengeluarkan lumpur atau endapan. Juga ada lubang untuk

dapat dimasuki orang pada saat diadakan pembersihan atau

pemeriksaan/perawatan.

Gambar . Ketel Vertikal Sederhana

12

2. Ketel Cochran atau Ketel Multitubular

Ketel ini termasuk ketel vertikal yang paling banyak

digunakan karena hemat bahan bakar, pembentukan uapnya cepat

dan konstruksinya kuat.

Di dalam dinding-dinding ketel ditempatkan pipa-pipa (fire

tube). Bagian puncak dari shell di tutup yang cembung, pada tutup

ini memberikan ruangan yang besar yang mana dapat memberi

kesempatan uap basah jatuh kembali sehingga yang dihasilkan

benar-benar kering. Pipa-pipa api yang tersusun mendatar

membagi bagian dalam shell di atas peti api. Ruangan-ruangan

yang terbagi dinamakan ruang nyala dan yang satu disebut ruang

asap. Pada dinding ruang nyala dipasang batu api yang

dimaksudkan agar nyala api ini biasanya dilengkapi dengan pintu

yang biasanya digunakan untuk lewat orang yang akan melakukan

pembersih pada pipa-pipa api.

3. Ketel Kapal

Ketel jenis ini sangat banyak digunakan pada kapal, oleh

karena itu dianggap sebagai ketel kapal. Ketel ini adalah ketel pipa

api mendatar berbentuk silinder dengan garis tengah yang besar

bila dibandingkan dengan panjangnya. Kerugian cerobong asap ini

kira-kira 20 % dari jumlah panas seluruhnya dari hasil pembakaran.

4. Ketel Lancashire dan Corn Wall

13

Jenis ketel ini adalah jenis ketel darat pipa api,

pembakarannya ada didalam, horizontal dan sirkulasi alamiah.

Ketel ini digunakan untuk tekanan kerja dan daya sedang.

Gambar. Ketel Lancashire dan Corn Wall

5. Ketel Cornish

Jenis ketel ini sama dengan ketel Lancashire di dalam demua

hal, kecuali pada ketel Cornish hanya ada satu lorong asap.

6. Ketel Lokomotif

Ketel lokomotif adalah ketel jenis multitubular, horizontal,

pembakaran di dalam dan dapat bergerak. Prinsip utama dari ketel

ini adalah untuk menghasilkan uap dengan kecepatan yang sangat

tinggi. Ketel ini terdiri dari sebuah shell yang mempunyai sebuah

shell yang mempunyai diameter 1,5 m dan panjang 4 m.

Shell terisi air yang mengelilingi pipa-pipa api yang mana

mendapat panas dari gas panas dan berubah menjadi uap. Sebuah

katup pengatur dipasang di dalam sebuah drum yang berbentuk

silinder. Katup pengatur dioperasikan dengan sebuah poros

regulator yang diatur. Pembagi dibagi menjadi 2 bagian, satu

adalah ruang uap panas lanjut dan satu lagi untuk ruang uap

jenuh. Sebagai pengganti udara pembakaran digunakan uap bekas

yang dimasukkan lewat pipa buang. Pintu depan dapat dibuka

untuk keperluan pembersihan dan reparasi. Abu dari kisi-kisi

pembakaran dikumpulkan dengan bantuan damper.

14

Gambar . Ketel Lokomotif

7. Ketel Babcock dan Wilcox ( B & W )

Ketel ini termasuk kedalam ketel pipa air seperti yang

ditunjukkan dalam gambar dibawah ini, terdiri dari drum air dan

uap yang dihubungkan oleh pipa pendek dengan header atau riser

pada ujung belakang, pipa-pipa air dicondongkan kearah horizontal

dan bersambung dengan kedua header.

Tiap-tiap deret pipa disambung dengan dua buah header dan

terdapat deretan-deretan yang begitu banyak. Damper

dioperasikan dengan rantai untuk aliran udara pembakaran yang

memasuki ruang pembakaran.

Air disirkulasikan dari drum ke dalam header dan melalui pipa-

pipa dan kembali lagi ke header dan drum. Air terus menerus

disirkulasikan sampai menguap. Sebuah uap superheat terdiri dari

pipa baja yang jumlah banyak dan terdapat dua box, satu adalah

untuk superheated steam box dan satu lagi untuk uap jenuh. Uap

selama melewati pipa-pipa superheated mendapatkan panas kebih

lanjut.

8. Ketel Lamont

Ketel ini termasuk ke dalam ketel jenis ketel pipa air tekanan

tinggi yang bekerja dengan suatu sirkulasi paksa. Sirkulasi

15

dilakukan oleh sebuah pompa sentrifugal yang digerakkan oleh

turbin dengan uap menggunakan uap dari ketel itu sendiri.

9. Ketel Loeffeler

Ketel ini termasuk kedalam ketel pipa air dengan

menggunakan sirkulasi paksa. Prinsip kerjanya adalah

menguapkan air umpan dengan maksud memperoleh uap

superheat dari superheater. Gas panas dari dapur digunakan

untuk pemanasan lanjut.

G. Deskripsi

Boiler atau ketel uap adalah suatu peralatan penghasil uap

meliputi untuk pemanasan/pembentukan uap dari fluida cair,

pemanasan lanjut (superheating), dan pemanasan ulang (reheating)

terhadap uap tersebut sehingga disebut juga “Steam Generator”.

Fluida kerja boiler secara umum adalah air (H2O) karena harganya

yang murah. Air dalam ketel memperoleh energi panas dari hasil

pembakaran suatu bahan bakar dengan oksigen (udara) melalui

proses heat transfer.

Gambar 3 . Steam Generator

H. Alat Pengaman dan Kontrol

16

Semua boiler atau ketel uap ( bahkan penggunaannya untuk alat

mainan kecil) harus dipasang katup-katup pengaman (safety valves).

Katup-katup ini dirancang untuk melepaskan uap jika tekanan kerja

aman dilampaui dan bisa berupa beban pegas atau beban pemberat.

Sangat berbahaya lainnya jika turun level dibawah aman, maka

pipa-pipa akan menjadi kering dan tidak akan didinginkan oleh air atau

uap. Hal ini akan cepat menyebabkan kegagala, sebagaimana baja

(steel) lunak pada temperatur berbeda-beda. Untuk menjamin

pengoperasian yang aman, fusible plugs bisa dipasang pada titik-titik

strategis. Alat ini akan meleleh dan dikeluarkan jika temperatur yang

aman dilampaui.

Boiler juga harus dipasang dengan sejumlah alat ukur tekanan

(gauges) dan gelas penduga (sight glasses) pada instalasi-instalasi

yang lebih besar, maka memerlukan pengawasan boiler penuh waktu.

Boiler yang lebih kecil disebut jenis “paket” dirancang untuk

pengoperasian dengan cara yang sama otomatis, tetapi peraturan-

peraturan safety masih dapat memerlukan supervise.

I. Perpindahan Panas pada Ketel Uap

Panas yang dihasilkan karena pembakaran bahan bakar dan

udara yang berupa api (yang menyala) dan gas asap (yang tidak

menyala) dipindahkan kepada air, uap ataupun udara, melalui bidang

yang dipanaskan atau Heating Surface pada suatu instalasi ketel uap

dengan tiga cara, yaitu :

1. Perpindahan Panas dengan Cara Pancaran

Pemindahan panas secara pancaran atau radiasi adalah

pemindahan panas antara suatu benda ke benda lain melalui

gelombang-gelombang elektromagnetik tanpa tergantung kepada

ada atau tidak adanya media atau zat diantara benda yang

menerima pancaran tersebut.

Pemindahan panas secara pancaran dapat dibayangkan

berlangsung melalui Aether yaitu berupa jenis materi bayangan

tanpa bobot, yang mengisi seluruh sela-sela ruangan diantara

17

molekul-molekul dari suatu zat tertentu ataupun di dalam ruang

hampa sekalipun.

Molekul-molekul api yang merupakan hasil pembakaran bahan

bakar dan udara akan menyebabkan terjadinya gangguan

keseimbangan elektro magnetis terhadap Aether tersebut. Sebagian

dari panas atau energy yang timbul dari hasil pembakaran tersebut

diserahkan kepada Aether dan yang akan menyerahkan lebih lanjut

melalui gelombang-gelombang elektromagnetik kepada benda-

benda atau bidang yang akan dipanasi (dinding ketel,dinding

tungku, lorong api,pipa-pipa, dan sebagainya).

Penyerahan panas dari api atau gas melalui Aether kepada

bidang yang akan dipanasi tersebut melalui gelombang-gelombang

elektromagnetis yang lintasannya lurus seperti halnya lintasan

sinar.

Apabila lintasan penyerahan panas melalui gelombang-

gelombang elektromagnetis dari Aether tersebut tertutup atau

terhalang oleh benda lain, maka bidang yang akan menerima panas

secara pancaran atau terhalang penyerahan panas secara

pancarannya.

Dengan demikian bidang yang aka dipanasi hanya dapat

menerima perpindahan panas secara pancaran bila bidang/benda

tersebut dapat melihat api tersebut. Bila sesuatu benda/bidang

terhalang penglihatannya pada api, maka bidang tersebut tidak

akan memperoleh panas secara pancaran.

Semua zat-zat yang memancarkan panasnya (molekul-molekul

atau gas asap), intensitas radiasi thermisnya atau kuat pancaran

panasnya tergantung dari temperature zat yang memancarkan

panas tersebut.

Bila pancaran menimpa sesuatu benda atau bidang, sebagian

dari panas pancarannya yang diterima benda tersebut akan

dipancarkan kembali (re-radiated), dipantulkan (reflected) dan

sekaligus yang lain dari panas pancaran tersebut akan diserapnya.

18

2. Perpindahan Panas Secara Aliran atau Konveksi

Perpindahan panas secara aliran atau konveksi adalah

perpindahan panas yang dilakukan oleh molekul-molekul fluida

tersebut dalam gerakannya melayang-layang kesana kemari

membawa sejumlah panas masing-masing q joule. Pada saat

molekul fluida tersebut menyentuh dinding ketel, selebihnya yaitu

Q2 = Q - Q1 joule dibawanya pergi.

Bila gerakan dari molekul-molekul yang melayang-layang

kesana kemari tersebut disebabkan karena perbedaan temperatur

di dalam fluida itu sendiri maka perpindahan panasnya disebut

konveksi bebas (free convection) atau konveksi alamiah (natural

convection). Bila gerakan molekul-molekul tersebut sebagai akibat

dari kekuatan mekanis (karena dipompa atau karena dihembus

dengan fan) maka perpindahan panasnya tersebut disebut konveksi

paksa (force convection).

Dalam gerakannya, molekul-molekul api tersebut tidak perlu

melalui lintasan yang lurus untuk mencapai dinding ketel atau

bidang yang dipanasi.

3. Perpindahan Panas Secara Perambatan atau Konduksi

Perpindahan panas secara perambatan atau konduksi adalah

perpindahan panas dari suatu bagian benda padat ke bagian lain

dari benda padat yang sama atau dari benda padat yang satu ke

benda padat yang lain karena terjadinya perpindahan fisik (kontak

fisik atau menempel) tanpa terjadinya perpindahan molekul-molekul

dari benda padat itu sendiri.

Di dalam dinding ketel tersebut, panas akan dirambatkan oleh

molekul-molekul dinding ketel sebelah luar yang berbatasan dengan

api, menuju molekul-molekul dinding ketel sebelah dalam yang

berbatasan dengan air, uap ataupun udara. Panas yang dibawa

merambat oleh dinding ketel tersebut akan diterima oleh molekul-

molekul air, uap ataupun udara dengan cara konveksi pula yaitu

penyerahan sebagian panas dari molekul-molekul dinding ketel

19

kepada molekul-molekul air, uap ataupun udara tersebut dala

keadaan mengalir/ bergerak, bukan dalam kondisi diam.

Dengan demikian penyerahan panas secara konveksi atau

konduksi bersama-sama melalui proses-proses sebagai berikut :

a. Panas dialihkan dari fluida (api atau gas asap) kepada benda

padat (dinding ketel).

b. Panas dirambatkan di dalam benda padat (dinding ketel) atau di

dalam benda padat berlapis-lapis (jelaga-dindin ketel-kerak

ketel).

c. Panas dialihkan dari benda padat (dindin ketel atau kerak ketel)

kepada fluida (air, uap, ataupun udara).

J. Pemanas Lanjut Uap atau Steam Superheater

Pemanas lanjut atau superheater (super = lebih, heater =

pemanas, superheater = pemanas lebih lanjut) adalah alat untuk

memanaskan uap basah menjadi uap yag dipanaskan lanjut.

Uap yang dipanaskan lanjut bila digunakan untuk melakukan

kerja dengan jalan ekspansi di dalam turbin atau mesin uap tidak akan

segera mengembun, sehingga mengurangi kemungkinan timbulnya

bahaya yang disebabkan terjadinya pukulan balik atau Back Stroke

yang diakibatkan mengembunnya uap belum pada waktunya sehingga

menimbulkan vakum di tempat yang tidak semestinya di daerah

ekspansi.

Kemungkinan terjadinya pukulan balik atau back stroke ditempat

yang belum semestinya tersebut lebih mudah terjadi bila yang

digunakan ialah uap basah sebagai penggerak mesin uap ataupun

turbin uap.

Ada beberapa macam pemanas lanjut, diantaranya :

1. Superheater Konveksi

Superheater Konveksi menerima panas secara konveksi dari

api atau gas asap. Jumlah gas asap yang lewat tergantung dari

jumlah bahan bakar yang dibakar. Makin banyak jumlah gas asap

yang terbentuk dan melewati superheater konveksi tersebut dan

20

sebaliknya, makin berkurang bahan bakar yang dibakar maka

makin berkuran pula jumlah pada gas asap yang terbentuk.

2. Superheater Pancaran atau Radiant Superheater

Superheater pancaran menerima panas dari pancaran.

Temperatur api hanya tergantung dari jenis bahan bakar yang

dibakar dan temperatur udara pembakaran yang dimasukkan ke

dalam tungku.

3. Superheater Kombinasi

Superheater kombinasi merupakan kombinasi antara

superheater konveksi dan superheater pancaran, maka

karakteristik atau sifat-sifat yang kurang baik dari superheater

konveksi dan superheater pancaran dapat dieliminasi sehingga

yang tersisa ialah karakteristik yang baik dari kedua superheater

tersebut :

a. Dapat mengikuti beban

b. Temperatur uap dapat tinggi

c. Harganya mahal

Kekurangannya ialah harganya yang mahal merupakan harga

superheater konveksi ditambah harga superheater pancaran.

K. Draught atau Draft

Draught atau Draft adalah tarikan gas asap akibat perbedaan

tekanan antara gas atas dan bawah “Fire-Rate” juga disebut sirkulasi

udara (air circulation) dalam boiler atau boiler draft.

Ada 3 (tiga) cara menghasilkan Boiler Draft yaitu :

1. Dengan Pemasangan Cerobong (Strack)

2. Dengan Mechanical Fan

3. Dengan Steam Jet

Draft yang dihasilkan oleh cerobong disebut sebagai tarikan alam

(natural draft) sedangkan draft yang dihasilkan oleh mechanical dan

steam jet disebut sebagai tarikan buatan (artificial draft).

1. Natural Draft

21

Cerobong yang digunakan untuk mengalirkan gas asap ke luar

dari ketel uap dengan kecepatan tertentu dan digunakan untuk

mengatasi geseran-geseran yang terjadi terhadap aliran gas asap

mulai dari rangka bakar atau pembakaran hingga keluar

cerobong. Dengan kata lain untuk menimbulkan isapan cerobong

atau Stack Draught. Disamping itu digunakan untuk membuang

gas asap setinggi mungkin sehingga tidak mengganggu

lingkungan sekitarnya. Timbulnya isapan cerobong disebabkan

karena perbedaan berat jenis antara berat jenis gas asap.

2. Ventilator

Bila isapan cerobong hanya didasarkan kepada isapan

cerobong alamiah saja, maka cerobong harus dibuat tinggi sekali.

Lagipula pada saat mulai menyalakan api di dalam tungku atau

initial firing akan didapat kesukaan yaitu sepanjang saluran gas

asap temperaturnya masih rendah pada saat itu, sehingga

perbedaan berat jenis gas asap belum begitu besar atau bahkan

praktis masih belum ada perbedaan berat jenis sehingga isapan

cerobong juga masih rendah, hampir-hampir nol.

Dengan demikian memperbesar harga isapan cerobong efektif

maka digunakan ventilator-ventilator atau fan untuk menciptakan

isapan cerobong paksa sehingga harga isapan cerobong teoritis

dapat diperbesar.

3. Steam Jet Draught

Di dalam ketel steam jet draught, uap bekas dari steam

engine yang tidak terkondensasi digunakan untuk memperoleh

penarikan udara. Cara ini kebanyakan digunakan pada ketel

lokomotif dimana uap bekas dari mesin silinder yang dikeluarkan

melalui pipa letup (blast pipe) yang ditempatkan pada peti asap

dan dibawah cerobong. Di dalam sebuah induced steam jet

draught, uap dipancarkan dari sebuah nozzle yang ditempatkan di

dalam tempat abu di bawah tungku api dapur (furnance).

L. Pengoperasikan Boiler (Ketel Uap)

22

1. Prinsip Kerja Boiler

Dalam boiler air diubah menjadi uap. Panas diserap air di

dalam boiler dan uap yang dihasilkan secara kontiniu. Air umpan

boiler untuk menggantikan kehilangan air di dalam boiler yang

berubah menjadi uap.

Ketika uap meninggalkan air yang mendidih, padatan terlarut

yang berasal dari umpan boiler tertinggal di air boiler. Padatan-

padatan yang tertinggal menjadi bertambah kepekatannya, dan

bahkan dapat mencapai ke suatu tingkat dimana pemekatan lebih

lanjut bisa menyebabkan terbentuknya kerak atau diposit di dalam

boiler.

2. Suplai Energi

Suplai energi terhadap boiler diperoleh dari bahan bakar.

Rancangan bahan bajar boiler jenis “Fired Steam Boiler Type Fulton

30 E “ pada alat penguji ini adalah solar. Kandungan energi (E)

bahan bakar (Kj/Kg) dapat diperoleh melalui perccobaan “Bomb

Calorimeter” , atau bisa dihitung dengan rumus Dulog jika bahan

diketahui (hasil analisis lab).

Dalam pengujian ini, kandungan energi solar dapat diperoleh

dari buku referensi Heat Engineering. Besarnya energi panas

pembakaran adalah suplai panas terhadap boiler :

Qs = m .E

Dimana : m = Laju aliran massa bahan bakar (Kg/Jam)

E = Kandungan energi bahan bakar (Kj/Kg)

3. Energi Evaporasi

Energi untuk perubahan air pengisian (feed water) menjadi

uap dalam proses evaporasi adalah besarnya kandungan enthalpi

uap kurang kandungan enthalpi air pengisian

Q = m (hu –ha)

Dimana : mu = laju aliran massa uap (kg/jam)

23

hu = enthalpi uap (kj/kg)

ha = enthalpi air (Kj/kg)

dimana ms adalah laju aliran massa uap dari boiler pada

kondisi keadaan tunak/steadi (steady-state) adalah juga sama

dengan laju aliran massa air masuk ke boiler.

4. Efisiensi Boiler

Efisiensi boiler atau ketel uap adalah perbandingan antara

energi evaporasi (penguapan) terhadap energi suplai bahan bakar

atau perbandingan energi keluaran berguna dibagi energi total

masuk (input),maka :

ηB = QQs =

mu(hu−ha)m. E atau ηB =

QevaQin x 100%

Besar efisiensi dari pengopperasian sebuah boiler modern

dengan minyak atau gas adalah kira-kira 80%. Harga ini agak lebih

rendah pada sebuah ketel pembakaran berbahan bakar padat.

5. Tekanan Absolut Uap

Tekanan absolut uap adalah tekanan pengukuran (gauge)

ditambahkan tekanan atmosfer.

Pabs = Pgauge + Patm

Dalam mengoperasikan boiler, setelah mendapatkan tekanan

2 bar. Maka, boiler dijaga pada tekanan tersebut selang beberapa

waktu baru boiler boleh diaktifkan sampai tekanan yang telah

diinginkan agar boiler tidak cepat rusak.

Bahwa ketel uap atau steam generator dapat beroprasi

dengan efisiensi lebih dari 80%.

24

Audit Energi (pemeriksaan Energi) :

Energi input :

Energi input adalah energi panas hasil pembakaran bahan

bakar solar dengan oksigen (udara). Dapat ditentukan dengan

persamaan rumus sebagai berikut :

Qin = Qbb = mbb. Ebb

Dimana : mbb = Konsumsi Bahan Bakar (kg/jam)

Ebb = Kandungan Energi Solar (Kj/Kg)

Energi input lainnya seperti listrik dapat diabaikan,

kandungan udara dan kandungan air sudah tercakup dalam

analisa yang lain.

Energi output :

Energi output terbagi 2 yaitu :

1. Energi output berguna (useful) yang diinginkan

2. Energi output tak berguna (losses)

1. Energi Output Berguna

Energi output berguna adalah energi penguapan energi

panas yang di transfer dari panas pembakaran yang dapat

diserap oleh fluida kerja air yang berubah menjadi uap.

Energi berguna atau energi panas penguapan ini dapat

ditentukan dengan rumus :

Qeva = m. U (hu-ha)

Dimana :

mu = laju aliran massa sama dengan laju aliran mass air

umpan (ma) (Kg/jam)

hu = enthalpi uap yang dihasilkan boiler (Kj/Kg)

ha = enthalpi air umpan boiler /masuk ketel (kj/Kg)

25

2. Energi Output Tak Berguna

Energi output tak berguna adalah energi panas keluar

kecerobong asap. Energi panas yang keluar kecerobong asap

dapat dihitung/ditentukan dengan rumus sebagai berikut :

Qg = mg. Cpg (T-Tu)

Dimana :

Mg = laju aliran massa gas asap keluar cerobong (Kg/jam)

Cpg = panas jenis/spesifikasi rata-rata gas asap (KJ/Kg.K)

Tg = temperatur gas asap masuk kedalam cerobong keluar

dari boiler (K)

Tu = temperatur gas asap meninggalkan cerobong asap

=temperatur udara luar (K)

Energi panas kerugian kelingkungan (losses) ;

Dapat ditentukan dari balans energi masuk dan keluar, maka :

Qlosses = Qin – (Qeva + Qg)

Menntukan laju aliran massa usara per Kg bahan bakar :

Draft (Draught), h = 353H

Dimana ;

h = Draft (draught) atau tarikan gas asap (kg/m2 atau

mmH2O)

H = 5 m ( tinggi cerobong asap ) (m)

Tu = temperatur udara luar (K)

Tg = temperatur gas asap (flue) (K)

m = A/F (kg udara / k bahan bakar)

26

Optimasi sistem energi

1. Memperbaiki isolasi dan kebocoran

Efisiensi = 20%

2. Merancang Ekonomiser (HE)

Energi panas yang bertransfer dari gas ke fluida kerja air

pada ekonomiser (HE) dapat dirumuskan :

QgHE = mg . Cpg (Tg in – Tg out)

energi panas yang bertransfer diserap oleh air dapat

dirumuskan :

QwHE = ma . Ca (Ta out – Ta in)

dari persamaan azas black : yang diberikan gas asap =

yang diberikan oleh air

QgHE = QwHE = ma . Ca (Ta out – Ta in)

Ta out = ........... ???

Berdasarkan peralatan heat transfer (perpindahan panas)

jumlah panas yang bertransfer pada ekonomiset (HE)

adalah :

QHE = U . A . LMTD

dimana : A = luas bidang penampang perpindahan

panas (m2) =

U = Koefisien perpindahan panas tota (W/m2.

K)

= 1

1h1

+Xk1

1h0

LMTD = ∆ Tmax−∆ Tmin

ln∆ Tmax∆Tmin

27

Bahan Bakar Boiler

Jenis-jenis bahan bakar.

1. Bahan Bakar padat ( batu bara, Kokas , kayu dll)Batu bara terbagi menjadi beberapa macam menurut umurnya, yang paling tua dinamakan “antrasit” ditandai dengan nyala api yang kebiru-biruan bial ia dibakar. Batau bara semakin tua semakin banyak mengandung energi/ kg nya dan semakin muda semakin banyak mengandung gas. Batu bara yang muda nyala api ke merah-merahan.

2. Bahan bakar cair.Misalnya Premium/Petrolium, minyak tanah , solar dll

3. Bahan bakar Gas.Misalnya, LPG,LNG

Bahan bakar tersebut dapat pula digolongkan dalam 2 golongan :1. Bahan bakar Alam2. Bahan bakar Buatan

Bahan bakar umunya mengandung Unsur Carbon, Hydrogen, Sulfur, Nitrogen, Oksigen dll.Proses pembakaran adalah reaksi antara unsure-unsur yang ada didalam bahan bakar dengan oksigen.Misalnya :

Pembakaran unsur C CO2C + O2 - panas---

Pembakaran unsur H2H2 + O2 H2O panas----

Pembakaran unsur SS + O2 SO2- panas-

Dengan mengetahui kandungan unsur yang ada didalam bahan bakar, maka akan dapat ditentukan Nilai panas yang dihasilkan oleh bahan bakar.

1. Nilai Panas ( Nilai Pembakaran) HV ( Heating Value)

Nilai Panas adalah : jumlah panas yang dikeluarkan oleh 1kg bahan bakar bila bahan bakar tersebut dibakar.Pada gas hasil pembakaran terdapat H2O dalam bentuk uap atau cairan. Dengan ilai pembakaran bila H2O yang terbentuk berupa uap akan lebih kecil bila dibandingkan dengan H2O yang terbentuk sebagai cairan. Berarti ada 2 macam Nilai Pembakaran yaitu Nilai

28

Pembakaran Atas (NPA) atau HHV dan Nilai Pembakaran Bawah.(NPB) atau LHV.

2. NPA atau HHV adalah :Yaitu Nilai Pembakaran bila didalam gas hasil pembakaran

terdapat H2O berebentuk cairan

3. NPB atau LHV adalah:Yaitu Nilai Pembakaran bila didalam gas hasil pembakaran

terdapat H2O berbentuk gas.

Rumus Dulong & Petit untuk menghitung Nilai Panas

HHV = 33950 C + 144200 ( H2-O2/8) + 9400 S kJ/Kg (Prinsip Prinsip Konversi Energi)

Dimana: C = persentase unsure Carbon.H2 = persentase unsure Hidrogen.S = persentase unsure Sulfur.O2 = persentase unsure Oksigen.

LHV = HHV – 2400 ( M+9H2) kJ/Kg. (Prinsip Prinsip Konversi Energi)

M = Moinsture (kebasahan)

Jumlah kebutuhan udara untuk proses pembakaran juga dapat dihitung dengan persamaan pembakaran.Komposisi udara = 21 % O2 dan 79 % N2 dll dalam Volume atau Dalam komposisi berat ; 23,2 % O2 dan 76,8 % N2 dllUntuk mengitung kebutuhan udara teorits dapat digunakan rumus:

29

BAB III

PELAKSANAAN PERCOBAAN

A. Peralatan Percobaan

Peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut :

MEREK NO NAMA

Cussons P7600

P7602

P7672

Oil fired Boiler

Additional boiler instrumentation separating &

Throttling Calorimeter

Suplai Energi Listrik

Suplai air utilitas laboratorium

B. Prosedur Percobaan

Adapun langkah yang perlu dilakukan dalam praktikum optimasi

boiler adalah sebagai berikut :

1. mengaktifkan semua suplai aliran listrik yang dibutuhkan boiler

a. switch ON PLN Mains (MCB)

b. Switch ON GG Cold Water Unit

c. Switch ON steam turbine.

2. Mengaktifkan semua aliran air yang akan masuk dan keluar boiler

30

a. Menghidupkan pompa 1 dan 2 pada panel (cukup hidupkan

salah satu jenis pompa)

b. Pompa berfungsi sebagai penyedia air ke boiler

c. Pompa akan mati sendiri apabila air sudah pada reservoir

d. Membuka semua katup air yang akan menuju dan

meninggalkan boiler (untuk pembukaan katup air hendaknya

jangan terlalu besar karena aliran yang menuju boiler sudah

cukup besar disamping itu hal ini mencegah kebocoran pada

kran/ katup air

3. Menghidupkan CAM switch

4. Switch ON steam plant

5. Memeriksa ketinggian level air yang berada dalam boiler yang

dapat dilihat pada alat kontrol/water column ( skala ketinggian air

berdasarkan ketetapan batas yang diizinkan).

6. Setelah memeriksa air, menghidupkan pompa suplai minyak dan

membuka kedua katup bahan bakar (katup pertama adalah aliran

bahan bakar masuk dan katup yang kedua adalah aliran bahan

bakar keluar

7. Melihat semua alat ukur, apabila sudah siap jalankan boiler

sebagai persamaan sistem. Hal ini bertujuan untuk menjaga

ketahanan peralatan pada boiler.

8. Setelah 15 menit, hidupkan boiler yang kemudian akan

menghasilkan kualitas uap yang lebih baik.

9. Mencatat semua jumlah keseluruhan bahan bakar dan jumlah feed

water dan yang sudah dituliskan.

10. Setelah semua data yang dibutuhkkan selesai dicatat, lakukan

prosedur penghentian boiler dengan prosedur yang sebaliknya.

31

BAB IV

DATA PERCOBAAN

Dari percobaan yang dilakukan dan proses pengamatan pada boiler maka

dapat diperoleh data sebagai berikut :

Waktu Bahan Bakar Air Umpan (m3)

09.30 B = 73.2 Cm

L = 75.8 Cm

129,1212

10.30 T =7.1 Cm 129,4389

Tekanan rata-rata = 6 barg

Draft (Draught) = 25 Pa (N/m2)

Temperatur = 280 C

Air Umpan = 280 C

Bahan Bakar = 280 C

Uap air/Steam = 1600 C (6 barg)

Temp.gas buang = 2980 C (flue)

32

Data-data pendukung

Bahan bakar : Solar

Density : 0,82 KJ/Kg

Kandungan energi : 45.500 KJ/Kg

Kualitas uap : X = 92 %

BAB V

ANALISA DATA

Energi input boiler (energi panas masuk boiler) :

Dari hasil percobaan maka diperoleh kebutuhan bahan bakar selama satu

jam :

Waktu pengujian = 1 jam

1) Jumlah air umpan

Temperatur air umpan : Ta = 28oC

Vfw = 129,4389-129,1212 = 0,3177 m3/jam

Density air umpan = l fw= 1000 kg/m3

Maka laju aliran massa : mfw = Vfw X l fw

= 0,3177 m3/jam X 1000 kg/m3

= 317,7 kg/jam

maka : mu = ma = 317,7 kg/jam (Stedy-state)

33

2) Konsumsi bahan bakar (Bahan bakar yang digunakan adalah

solar (diesel)

Kandungan Energi LHV (E) = 45.500 kJ/kg

Lama penggunaan boiler = 1 jam

Ukuran Boiler => L = 75,8 cm ; B = 75,2 cm ;T = 7,1 cm

Maka laju aliran bahan bakar : Vbb = L X B X T

= ( 75,8 cm x 75,2 cm x 7,1 cm

) / jam

= 40.471,136 cm3/jam

= 40,471136 Liter/jam

Density minyak solar = ρbb = 0,82 kg/ltr

Maka laju aliran minyak solar = ṁbb = Vbb X ρbb

= 40,471136 liter/jam X 0,82

kg/ltr

= 33,186 kg/jam

Qin = Qbb = ṁbb x E = 33,186 kg/jam X 45.500 kJ/kg

=1.509.963 kJ/jam

3) Kondisi uap yang dihasilkan boiler

Tekanan = 6 bar (gauge)

Tekanan absolut = 7 bar (abs) = 0.7 Mpa

Kualitas uap yang dihasilkan boiler :

X = 92 % (diperoleh dari percobaan kualitas uap

sebelumnya)

Energi penguapan :

34

Ialah energi panas untuk merubah air menjadi uap, dengan kata lain

jumlah energi yang diserap luida H2O dari sumber panas pembakaran

yang menjadikan air menjadi uap.

Q = mu ( hu – ha)

Dimana :

Pada tekanan 7 bar (abs)

mu = 317,7 kg/jam

hu = hf + x. hfg ; dimana : hf = 697,0 kJ/kg hfg = 2065,8

kJ/kg

huap = 697 kJ/kg + 0,92 ( 2065,8 kJ/kg )

= 2.597,536 kJ/kg

Untuk Ta = 28oC

Menggunakan interpolasi dari tabel uap :

T

[ oC ]

hf

[ kJ/kg ]

25 104,89

28 ................?

30 125,79

T (28C )−T (25C )T (30C )−T (25C )

=h f (28C)−h f (25C)h f (30C)−h f (25C)

28−2530−25

=h f (28C)– 104,89125,73 –104,89

hf = ha = 117,37 kJ/kg

35

EFFISIENSI BOILER

ηB = Energi Penguapan

Energi Bahan bakarx 100%

= mu(hu−ha)

m. E X 100 %

= 317,7kg / jam .(2.597,536−117,37)kJ /kg

33,186kg

jam.45.500kJ /kg X 100 %

= 52, 18 %

Energi Output Boiler (energi panas keluar boiler) :

Energi keluaran Berguna (Energi Evaporasi)

Qeva/uap = ṁu (hu – ha)

= 317,7 kg/jam x (2.597,536−117,37¿kJ /kg

= 787.948,7382 kJ/jam

Massa udara adalah bergantung pada besar harga draft untuk 1 kg

bahan bakar, maka draft : h = 24,5 Pa = 24,5 N/m2 / 9,81

kg/m2= 2,4974 kg/m2

H = 5 ; Tg = 298 0C = 571 K ; Tu = 28 0C

= 301 K

h = 353 H ¿)

2,4974= 353. 5 ¿)

2,4974= 5,864 – 1765 ¿)

¿) = 5,864 –2,4974

1765

¿) = 0,0019

m + 1 = 1,0849m

0,0849m = 1

36

m = 11,78 kg udara / kg bahan bakar

Untuk 1 jam, maka mbb = 33,186 kg/jam

Jumlah laju massa aliran udara, yaitu :

mudara= mbb x m

= 33,186 x 11,78 [ kg/jam ]

= 390,93108 kg/jam

Maka jumlah massa aliran gas asap adalah :

mg = mudara + mbb

= 390,93108 + 33,186 [ kg/jam ]

= 424,11708 kg/jam

Panas jenis gas buang : karena jumlah udara sangat besar (dominan)

dibanding dengan jumlah bahan bakar maka gunakan sifat-sifat udara :

Tudara = 28Oc = 301 K ; Tgas asap = 298 0C = 571 K

Maka : Tg = 571+301

2 = 436 K

Maka dengan interpolasi :

T

[ 0C ]

Cp

[ kJ/ kg K ]

400 1,014

436 ..........???

450 1,0207

436−400450−400 =

Cp−1,0141,0207−1,014

Cpg = 1,018 kJ/kg K

37

Energi Keluaran tak Berguna

a. Energi panas ke cerobong asap

Energi panas dalam gas buang terbawa keluar cerobong

Qg = ṁg Cpg (Tg – Tu )

= 424,11708 . 1,018 (571-301)

= 116.572,8206088 kJ/jam

= 116, 573 MJ/jam

b. Energi panas ke lingkungan sekitar (rugi-rugi)

Qloses = Qbb – (Quap + Q gas)

= 1.509.963 – (787.948,7382 + 116.572,82 ) [ kJ/jam ]

= 605.441,442 kJ/jam

Optimasi sistem energi boiler ;

1. Memperbaiki isolasi dan kebocoran-kebocoran

Estimasi = hemat = 30% x Qlosses

= 30% x 605.441,442

= 181.632,4325 kJ/jam

2. Pemanfaatan energi panas dalam cerobong gas asap (merancang HE

= economiser)

Asumsi : setelah mengurangi rugi-rugi ke lingkungan maka panas ke

cerobong bertambah. Dalam hal ini dirancang suatu economizer yang

ditempatkan pada keluaran dapur (masuk cerobong).

(Tg)economizer = 220oC (direncanakan) maka energi panas oleh gas buang

(dimanfaatkan) ke economizer adalah :

Tgas in = 2200C = 493 K

Tgas out = 298 = 571 K

Tg = T gas out+T gas∈¿2¿=

493+5712

= 532 K

38

Dari interpolasi, didapat =>> Cp = 1,03 kJ/kg K

Maka energi panas yang termanfaatkan di economiser :

(Qgas ) eco = ṁg Cpg (Tg out – Tg in )

= 424,11708 . 1,03 (571 – 493)

= 34073,57 kJ/jam

Dalam economiser panas yang diberikan oleh air umpan adalah :

(Qair ) eco = (Qgas ) eco = ṁa Cp air (Tair out – Tair in )

34073,57 kJ/jam = 317,7 kg/jam . 4,186 kJ/kg K . (Tair – 280C)

Tair out = 53,62 oC

Total energi panas yang dihemat adalah :

Qhemat = (Qgas) eco + Qestimasi

= 34073,57 + 181.632,4325

= 215706 kJ/jam

% hemat = Qhemat

Qbbx100%=

2157061.509.963

x100%= 14,29%

Jumlah aliran bahan bakar yang dihemat yaitu :

mbb = Qhemat

E =

215706kJ / jam45.500kJ /kg

= 4,741 kg/jam

Jumlah panas yang berpindah (heat tranfer) dalam economiser

adalah :

Qeconomizer = U . A . LMTD

= 29441,31606 kJ/jam x 1000 J/3600 s

= 8178,14335 J/s

Dimana : A = Luas bidang permukaan perpindahan panas

(m2)

d = 1 inchi = 2,54 cm (sesuai dengan lapangan)

39

U = koefisien perpindahan panas total = 60

LMTD = logaritma mean temperatur different (oC)

LMTD = ( ∆ Tmax−∆ Tmin

ln (∆ Tmax∆ Tmin

)) =

250,34−192

ln (250,34192

) = 219,9 oC

Jadi , A = QHE

U . LMTD =

8178,1433565 X 219,9

= 0,57 m2

Dimana : A = π . d . L

L = 2,280,79756

= 2,85 m

Sehingga, untuk menentukan jumlah belitan (n), yaitu :

Dkoil = 0,25 cm

n = L

π . Dkoil =

2,853,14 .0,25

= 4 belitan

Maka setelah perancangan ekonomiser, jumlah laju bahan bakar

yang dihemat sebesar 4,741 kg/jam. Jadi, jumlah bahan bakar yang

dipakai akan dibutuhkan setelah perancangan ekonomiser adalah jumlah

bahan bakar sebelum perancangan dikurang setelah perancangan atau

secara sistematis sebagai berikut :

mbb = 33,186 kg/jam – 4,741 kg/jam

= 28,445 kg/jam

Energi panas masuk, yaitu :

Qsolar = Qbb = mbb . E = 28,445 kg/jam x 45.500 kJ/kg = 1294247,5

kJ/jam

ηb = QuapQbb

x 100 % = 787.948,73821294247,5

x 100 % = 60,88 %

40

Misalkan boiler di Laboratorium Teknik Konversi Energi dihidupkan

dalam sehari untuk setahun. Maka, besar biaya yang dapat dihemat di

Laboratorium Teknik Konversi Energi dalam 1 tahun, yaitu :

Biaya yang dihemat = 4.741 kg/jam x Rp. 4500 x 24 jam x 365

hari

= Rp. 186.890.220,- per hari

BAB VI

PENUTUP

41

A. Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan dan adanya pengamatan serta

penganalisaan data yang diperoleh, maka dapat disimpulkan bahwa :

1. Boiler yang dilaboratorium Teknik Konversi Energi tidak mampu

membakar bahan bakar sebanyak 33,186 kg/jam untuk

menghasilkan energi sebanyak 1.509.690 kJ/jam.

Dari hasil percobaan diperoleh efisiensi boiler sebesar 52, 18 %.

2. Untuk memanaskan boiler dilakukan secara bertahap agar kerja

boiler tidak terlalu dipaksakan mulai dari start awal dan supaya

panas yang terdapat di dalam boiler dapat merata panasnya.

3. Setelah diadakan suatu perancangan pemnfaatan gas buang dari

cerobong gas asap total panas yang dihemat 14,29%.

4. Jumlah laju bahan bakar yang dihemat setelah perancangan

ekonomiser yaitu 4,741 kg/jam.

5. Setelah perancangan ekonomiser maka efisiensi boiler bertambah

menjadi 60,88 %.

B. Saran

1. Sebaiknya perawatan boiler lebih diperhatikan lagi dan dilakukan secara

berkala, bila perlu disertifikasi kembali.

2. Mahasiswa/i yang mengikuti praktikum sebaiknya lebih serius dalam

mengikuti kegiatan praktikum dan seharusnya lebih menaati peraturan

selama berada di laboratorium teknik energi.

DAFTAR PUSTAKA

42

Holman, J.P,.Perpindahan Kalor cetakan keempat. Jakarta : Erlangga.

Reynold,C.Wililiam,Perkin C.Henry.Termodinamika Teknik.

Kinsky,Roger.1989.Heat Engineering,Third Edition.Sidney :McGraw-Hill

Book Company.

Cussons Intruction Manual.

43