View
7
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
ANALISA PENDISTRIBUSIAN PANAS PEMBAKARAN
PADA KETEL UAP PIPA AIR BERBAHAN BAKAR AMPAS TEBU
KAPASITAS 6O TON / JAM TEKANAN 24 KG / CM2
DI PABRIK GULA KUALA MADU PTPN II
LAPORAN TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam
Menyelesaikan Program Pendidikan Diploma 3
Program Studi Teknik Konversi Energi
Oleh :
ELFRANDO PANJAITAN
NIM : 1505051039
JURUSAN TEKNIK MESIN
POLITEKNIK NEGERI MEDAN
MEDAN
2018
vi
INTISARI
Ketel Uap adalah suatu alat yang berupa bejana tertutup dimana panas
pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk uap air. Uap pada tekanan tertentu
kemudian mengalirkan energi ke suatu proses. Secara proses konversi energi ,
ketel uap mempunyai fungsi untuk mengkonversikan energi kimia yang tersimpan
didalam bahan bakar menjadi energi panas yang ditransfer ke fluida kerja. Salah
satu ketel uap yang digunakan di Pabrik Gula Kuala Madu PT Perkebunan
Nusantara II adalah ketel uap pipa air yang berbahan bakar ampas tebu dengan
nilai bakar terendah sebesar 2005,5 kkal/kg. Ketel uap tersebut beroperasi pada
tekanan 24 kg/cm2 dengan produksi uap 60 ton/jam dan suhu 320oC. Jumlah
panas yang dihasilkan bahan bakar adalah 49012250 kkal/jam. Jumlah kebutuhan
udara bahan bakar aktual 5,13 kg udara/kg bahan bakar. Jumlah gas asap kering
dari proses pembakaran adalah 5,35942 kg asap/kg bahan bakar. Jumlah panas
untuk membentuk uap saturasi adalah 25367921,68 kkal/jam dan untuk
membentuk uap superheat adalah 2895318,324 kkal / jam. Jumlah kerugian panas
cerobong adalah 6775378,764 kkal/jam. Kerugian panas karena terbentuknya gas
pembakaran dari pembakaran tidak sempurna dan kerugian panas karena
terdapatnya karbon dalam abu dan terak sangat kecil dan dianggap tidak ada.
Jumlah kerugian panas pada abu dan terak adalah 17280 kkal/jam. Jumlah
kerugian panas karena perpindahan panas pada instalasi ketel uap dan penyebab
lain adalah 8828403,232 kkal/jam. Efisiensi ketel uap adalah 68,13 %
Kata kunci : Ketel uap, panas, kerugian
vii
ABSTRACT
A boiler is an eclosed vessel that provides a means for combustion heat to
be transfered to water until it becomes steam. The steam under pressure is the
usable for transfered energy to a process. In the energy conversion process, the
boiler has a function to convert the the stored chemical energy in the fuel into
heat energy that it transfered to the working fluid. One of the boilers that used in
Pabrik Gula Kuala Madu PT Perkebunan Nusantara II is an water tube boiler
which fueled wih Baggase with Low Heating Value in the amount of 2005,5
kcal/kg. The Boiler is operating at pressure of 24 kg/cm2 with steam production
60 tons of steam per hour and temperatur is 320 oC. The amount of produced heat
by fuel combustion is 49012250 kcal/hour. The amount of actual fuel
combustion air is 5,13 kg of air/kg of fuel. The amount of dry exhaust gas from
combustion is 5,35942 kg of exhaust gas/kg of fuel. The amount of heat to
produce saturated steam is 25367921,68 kcal/hour and to produce superheated
steam is 2895318,324 kcal/hour. The amount of chimney losses is 6775378,764
kcal/hour. Heat losses because of shaped combustion gas from uncomplete
combustion and heat losses because of carbon on the dust and slag is very low
and reputed unshapped. The amount of heat losses on the dust and slag is 17280
kcal/hour. The amount of heat losses from heat transfer on the boiler instalation
and others is 8828403,232 kcal/hour.Boiler efficiency is 68,13%.
Keywords : Boilers, Heat, Losses
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang
telah melimpahkan kasih dan karunia-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan
penulisan laporan ini dengan baik sesuai dengan waktu yang ditentukan.
Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan
pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik
Mesin Politeknik Negeri Medan. Adapun judul tugas akhir ini adalah “ Analisa
Pendistribusian Panas Pembakaran Ketel Uap Pipa Air Berbahan Bakar
Ampas Tebu Kapasitas 60 Ton / Jam Tekanan 24 kg / cm 2 di Pabrik Gula
Kuala Madu PTPN II “. Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis dapat banyak
bantuan moral maupun material serta bimbingan sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini, maka dengan segala ketulusan dan kerendahan hati
penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. M. Syahruddin,S.T.,M.T. selaku Direktur Politeknik Negeri Medan;
2. Idham Kamil,S.T.,M.T. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik
Negeri Medan;
3. Ir. Abdul Razak,M.T. selaku Sekretaris Jurusan Teknik Mesin Politeknik
Negeri Medan;
4. Aulia Salman,S.T.,M.T. selaku Kepala Program Studi Teknik Konversi
Energi Politeknik Negeri Medan;
5. Faisal Fahmi Hasan, S.T.,M.T. selaku dosen pembimbing yang telah
meluangkan banyak waktu serta menyumbangkan ilmu dan nasehat
kepada penulis sepanjang pengerjaan tugas akhir ini hingga selesai;
6. Ir. Burhanuddin Tarigan,M.T. selaku wali kelas EN-6B;
7. Seluruf Dosen, Staff, Karyawan di Jurusan Teknik Mesin Program Studi
Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan;
8. Secara khusus saya ucapkan kepada orang tua tercinta ayahanda Richard
Panjaitan dan Ibunda Seti Sianipar yang telah berjuang untuk
membimbing dan memberi dorongan moril serta doa – doanya selama ini
kepada penulis;
ix
9. Kepada abang penulis abang, kakak, dan adik penulis yang selalu
memberi support berupa doa, material dan moril kepada penulis;
10. Bapak Rahmat Kurniawan, Mual Tarihoran, seluruh Staff dan Karyawan
Pabrik Gula Kuala Madu PTPN II yang telah membantu banyak dalam
pengambilan data dan selama kegiatan PKL berlangsung;
11. Kepada teman teman PKL penulis : Danu, Alfi, Gabriela dan Lusy untuk
suka dan dukanya selama PKL dan secara khusus Bapak M . Situmorang
dan Ibu J br Sitepu yang telah memberikan banyak bantuan material
maupun moril selama kegiatan berlangsung;
12. Christian Manalu, Hans Siahaan, Armindo Sitorus, Togi Sitorus, Josfri
Munthe, Supardiman Silaban, Verindo Manik, Suryadi Sihotang, Dani
Marbun, Paturahman Siregar, Yusnila Indriyani, Siti Fatimah, dan rekan –
rekan mahasiswa kelas EN-6B yang telah memberikan semangat,
dukungan selama perkuliahan;
13. Teman - teman pengurus Himpunan Mahasiswa Program Studi Teknik
Konversi Energi 2017 – 2018 , teman teman dan adik adik di Teknik
Konversi energi yang telah memberikan dukungan semangat dan doa.
Penulis menyadari tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh karena
itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun dalam
penyempurnaan tugas akhir ini. Akhir kata penulis berharap semoga tugas akhir
ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Terimakasih.
Medan, Juli 2018
Penulis,
Elfrando Panjaitan
NIM. 1505051039
x
DAFTAR ISI
SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ...................................................................... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ............................................................................. iii
LEMBAR PENGESAHAN .............................................................................. iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................................. v
INTISARI .......................................................................................................... vi
ABSTRACT ....................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii
DAFTAR ISI ...................................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xiii
DAFTAR TABEL ............................................................................................. xv
DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xvi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................. 1
A. Latar Belakang ........................................................................................ 1
B. Batasan Masalah ..................................................................................... 2
C. Tujuan Penulisan ..................................................................................... 2
D. Manfaat Penulisan ................................................................................... 3
E. Metode Pengumpulan Data ..................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ....................................................................... 4
A. Pengertian Ketel Uap .............................................................................. 4
B. Klasifikasi Ketel Uap .............................................................................. 6
C. Komponen Ketel Uap .............................................................................. 15
1. Ruang Bakar ................................................................................ 15
2. Blower Penghembus Udara ( Forced Draft Fan ) ...................... 15
3. Drum Atas ( Steam Drum ) ......................................................... 16
4. Pipa Uap Pemanas Lanjut ( Superheater Pipe ) .......................... 16
5. Drum Bawah ( Mud Drum ) ........................................................ 17
6. Pipa Pipa Air ( Header ) ............................................................. 18
7. Pembuangan Abu ( Ash Hopper ) ............................................... 18
xi
8. Cerobong Asap ( Chimney ) ........................................................ 19
9. Kontrol Tekanan Permukaan Ruang Bakar ............................... 19
10. Blower Hisapan ( ID Fan ) ......................................................... 20
11. Penyaring Abu ( Dust Collector ) ............................................... 21
12. Alat Pengamanan dan Instrument ............................................... 21
13. Deaerator ..................................................................................... 26
14. Pipa Pipa Waterwall .................................................................... 27
15. Pemanas Lanjut ( Superheater ) .................................................. 28
D. Bahan Bakar ( Fuel ) ............................................................................... 28
E. Proses Pembakaran ................................................................................. 31
F. Panas Pembakaran ................................................................................... 34
G. Energi Berguna ....................................................................................... 34
1. Panas yang diserap untuk membentuk uap saturasi ( Qsat ) ......... 34
2. Panas yang diserap untuk membentuk uap superheat ( Qsup ) ..... 35
3. Panas yang diserap udara untuk proses pembakaran ( Qah ) ........ 35
H. Kerugian Panas ....................................................................................... 35
1. Kerugian Cerobong ( Qg ) ........................................................... 36
2. Kerugian karena terbentuknya gas pembakaran pada
pembakaran yang tidak sempurna ( Qpts ) ................................... 36
3. Kerugian panas karena terdapatnya unsur karbon dalam
abu dan terak ( Qcat ) .................................................................. 37
4. Kerugian panas karena abu dan terak masih mengandung
Panas ( Qat ) ................................................................................. 38
5. Kerugian karena perpindahan panas dari peralatan ketel ( Qr ) . 38
BAB III SPESIFIKASI KETEL UAP ............................................................. 40
A. Spesifikasi Ketel Uap .............................................................................. 40
B. Data Penggunaan Ketel Uap ................................................................... 40
C. Metode Penelitian ................................................................................... 41
BAB IV ANALISA DATA ................................................................................ 44
A. Perhitungan LHV Bahan Bakar .............................................................. 44
xii
B. Perhitungan Jumlah Kebutuhan Udara Bahan Bakar .............................. 44
C. Perhitungan Jumlah Produksi Gas Asap Pembakaran ............................ 46
D. Panas Pembakaran Bahan Bakar ............................................................. 48
E. Panas yang Diserap untuk Membentuk Uap Saturasi ............................. 48
F. Panas yang Diserap untuk Membentuk Uap Superheat .......................... 49
G. Panas yang Diserap Udara Melalui air Heater ........................................ 51
H. Kerugian Panas Pembakaran ................................................................... 51
1. Kerugian Cerobong ( Qg ) .......................................................... 51
2. Kerugian karena terbentuknya gas pembakaran pada
pembakaran yang tidak sempurna ( Qpts ) ................................... 52
3. Kerugian panas karena terdapatnya unsur karbon dalam
abu dan terak ( Qcat ) .................................................................. 52
4. Kerugian panas karena abu dan terak masih mengandung
Panas ( Qat ) ................................................................................. 52
5. Kerugian karena perpindahan panas dari peralatan ketel ( Qr ) . 53
I. Neraca Kalor ........................................................................................... 53
BAB V PENUTUP
A. Kesimpulan ............................................................................................. 55
B. Saran ........................................................................................................ 56
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 57
LAMPIRAN
xiii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Ketel uap pipa api ................................................................................. 6
Gambar 2.2 Ketel uap pipa air ................................................................................. 8
Gambar 2.3 Ketel uap stasioner ............................................................................... 9
Gambar 2.4 Ketel uap mobil .................................................................................... 10
Gambar 2.5 Ketel uap pembakaran dalam ............................................................... 11
Gambar 2.6 Ketel uap pembakaran luar ................................................................... 11
Gambar 2.7 Ketel dengan lorong tunggal ................................................................ 12
Gambar 2.8 Ketel dengan lorong ganda ................................................................... 12
Gambar 2.9 Ketel tegak ( vertical steam boiler ) ..................................................... 13
Gambar 2.10 Ketel mendatar ( horizontal steam boiler ) .......................................... 13
Gambar 2.11 Blower penghembus udara ................................................................... 15
Gambar 2.12 Drum uap atas....................................................................................... 16
Gambat 2.13 Pipa superheater.................................................................................... 17
Gambar 2.14 Drum bawah ......................................................................................... 17
Gambar 2.15 Pembuang abu ...................................................................................... 18
Gambar 2.16 Cerobong asap ...................................................................................... 19
Gambar 2.17 Kontrol tekanan permukaan ruang bakar ............................................. 20
xiv
Gambar 2.18 Blower hisapan ( ID Fan ).................................................................... 20
Gambar 2.19 Penyaring abu ....................................................................................... 21
Gambar 2.20 Katup pengaman ................................................................................... 22
Gambar 2.21 Gelas penduga ...................................................................................... 22
Gambar 2.22 Keran Blowdown .................................................................................. 23
Gambar 2.23 Manometer ........................................................................................... 24
Gambar 2.24 Kerap uap induk ................................................................................... 24
Gambar 2.25 Kontrol air umpan ................................................................................ 25
Gambar 2.26 Penghembus debu ................................................................................. 25
Gambar 2.27 Panel utama .......................................................................................... 26
Gambar 2.28 Deaerator ............................................................................................. 27
Gambar 2.29 Pipa pipa waterwall .............................................................................. 28
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Komposisi bahan bakar ampas tebu ( Bagasse ) ........................................ 31
Tabel 4.1 Komposisi unsur dalam ampas tebu .......................................................... 44
Tabel 4.2 Neraca pendistribusian panas pembakaran ................................................ 54
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel Uap
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Dalam proses – proses di Industri, kebutuhan akan energi untuk menjalankan
peralatan dan mesin serta untuk beberapa aktivitas pendukung lainnya merupakan hal
mutlak dibutuhkan. Ada beberapa jenis energi yang digunakan, seperti energi listrik,
energi mekanik, energi panas, dan sebagainya.
Dalam dunia industri besar maupun kecil akan berlomba lomba mencari tahu
tentang teknologi industri guna menekan biayan produksi. Dalam kaitannya industri
besar seperti industri pabrik gula yang selalu mencari alternatif untuk penghematan
biaya industri agar bisa bersaing dengan industri – industri pengolahan lainnya.
Salah satu cara untuk menghemat biaya produksi industri perusahaan pabrik
gula yaitu dengan mengoptimalkan sarana prasarana pabrik, contohnya Boiler atau
Ketel Uap yang mempunyai peranan penting dalam kelangsungan berjalannya pabrik
pengolahan gula.
Fungsi ketel uap adalah menghasilkan uap yang secara sistematis membantu
proses kinerja suatu pabrik dan menghasilkan daya pembangkit listrik. Daya listrik
berguna untuk kebutuhan proses produksi pengolahannya serta kebutuhan listrik
untuk perumahan karyawan di sekitar pabrik. Ketel Uap membutuhkan bahan bakar
untuk menghasilkan energi panas di dalam boiler.
Banyak perusahaan industri pengolahan mencari bahan bakar yang murah
agar dapat menekan biaya produksi. Hal ini sangatlah penting dalam industri pabrik
pengolahan gula karena energi panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar
2
harus dapat memenuhi panas yang dibutuhkan oleh setiap komponen di dalam ketel
uap. Maka dari itu penulis akan menganalisa pendistribusian panas pembakaran
bahan bakar ampas tebu pada ketel uap tersebut di Pabrik Gula Kuala Madu PT
Perkebunan Nusantara ( PTPN ) II.
Berdasarkan uraian diatas, penulis merasa tertarik untuk membahas dan
mengetahui lebih banyak tentang hal hal yang berkaitan dengan “ ANALISA
PENDISTRIBUSIAN PANAS PEMBAKARAN PADA KETEL UAP PIPA AIR
BERBAHAN BAKAR AMPAS TEBU KAPASITAS 60 TON / JAM TEKANAN 24
KG / CM2 DI PABRIK GULA KUALA MADU PTPN II “
B. Batasan Masalah
Masalah yang akan dibahas dan dirumuskan dengan jelas dalam laporan tugas
akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Apa alasan pemilihan ampas tebu sebagai bahan bakar ketel uap pabrik
gula ?
2. Bagaimana spesifikasi boiler dan komponen untuk membentuk uap pada
ketel uap pabrik gula ?
3. Berapa besar energi yang disuplai dan energi yang digunakan pada ketel
uap pabrik gula ?
C. Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk mengetahui alasan pemilihan ampas tebu sebagai bahan bakar ketel
uap pabrik gula;
2. Untuk mengetahui spesifikasi ketel dan komponen yang digunakan untuk
membentuk uap pada ketel uap;
3
3. Menghitung besar energi yang disuplai dan energi yang digunakan pada
ketel uap pabrik gula.
D. Manfaat Penulisan
Adapun manfaat penulisan laporan tugas akhir ini adalah sebagai berikut :
1. Bagi penulis sendiri untuk manambah wawasan dan pengetahuan tentang
ketel uap pipa air;
2. Sebagai bahan perbandingan bagi mahasiswa lain yang akan membahas
hal yang sama;
3. Membandingkan antara teori yang diperoleh dari bangku perkuliahan
dengan yang ada di lapangan.
E. Metode Pengumpulan Data
Dalam penulisan laporan tugas akhir ini, penulis menggunakan teknik
pengumpulan data sebagai berikut :
1. Peninjauan langsung ketel uap pipa air merek Yoshimine Type H –
1600S;
2. Melakukan tanya jawab dengan mandor dan operator – operator di Pabrik
Gula Kuala Madu PTPN II;
3. Studi literatur di perpustakaan, akses internet, dan sumber sumber lain
4. Melakukan diskusi dan tanya jawab dengan dosen pembimbing dan dosen
– dosen pengajar Teknik Konversi Energi.
Recommended