BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Batubara

Batu bara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah batuan sedimen

yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan

dan terbentuk melalui proses pembatubaraan. Unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon,

hydrogen dan oksigen.Batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika

dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk.Analisis unsur

memberikan rumus formula empiris seperti C137H97O9NS untuk bituminus dan

C240H90O4NS untuk antrasit.

Gambar 2.1 Rumus bangun batubara (USGS, 2012)

Reaksi pembentukan batubara dapat diperlihatkan sebagai berikut :

5(C6H10O5) C20H22O4 + 3CH4 + 8H2O + 6CO2 + CO

Cellulosa lignit gas metana air

(Sukandarrumidi,2006)

Universitas Sumatera Utara

Pembentukan batu bara memerlukan kondisi-kondisi tertentu dan hanya terjadi

pada era-era tertentu sepanjang sejarah geologi. Zaman Karbon, kira-kira 340 juta tahun

yang lalu (jtl), adalah masa pembentukan batu bara yang paling produktif dimana hampir

seluruh deposit batu bara (black coal) yang ekonomis di belahan bumi bagian utara

terbentuk.

Pada Zaman Permian, kira-kira 270 jtl, juga terbentuk endapan-endapan batu bara

yang ekonomis di belahan bumi bagian selatan, seperti Australia, dan berlangsung terus

hingga ke Zaman Tersier (70 - 13 jtl) di berbagai belahan bumi lain.

(Krevelen ,1993)

Coal gasification adalah sebuah proses untuk mengubah batu bara padat menjadi

gas batu bara yang mudah terbakar (combustible gases), setelah proses pemurnian gas-gas

ini karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), hydrogen (H), metan (CH4), dan

nitrogen (N2) – dapat digunakan sebagai bahan bakar. hanya menggunakan udara dan uap

air sebagai reacting-gas kemudian menghasilkan water gas atau coal gas, gasifikasi secara

nyata mempunyai tingkat emisi udara, kotoran padat dan limbah terendah.

Tetapi, batu bara bukanlah bahan bakar yang sempurna. Terikat di dalamnya adalah

sulfur dan nitrogen, bila batu bara ini terbakar kotoran-kotoran ini akan dilepaskan ke

udara, bila mengapung di udara zat kimia ini dapat menggabung dengan uap air (seperti

contoh kabut) dan tetesan yang jatuh ke tanah seburuk bentuk asam sulfurik dan nitrit,

disebut sebagai hujan asam. Disini juga ada noda mineral kecil, termasuk kotoran yang

umum tercampur dengan batu bara, partikel kecil ini tidak terbakar dan membuat debu

yang tertinggal di coal combustor, beberapa partikel kecil ini juga tertangkap di putaran

combustion gases bersama dengan uap air, dari asap yang keluar dari cerobong beberapa

partikel kecil ini adalah sangat kecil setara dengan rambut manusia.

Sulfur adalah zat kimia kekuningan yang ada sedikit di batu bara, pada beberapa

batu bara yang ditemukan di Ohio, Pennsylvania, West Virginia dan eastern states lainnya,

sulfur terdiri dari 3 sampai 10 % dari berat batu bara, beberapa batu bara yang ditemukan

di Wyoming, Montana dan negara-negara bagian sebelah barat lainnya sulfur hanya sekitar

1/100ths (lebih kecil dari 1%) dari berat batu bara. Penting bahwa sebagian besar sulfur ini

dibuang sbelum mencapai cerobong asap.

Satu cara untuk membersihkan batu bara adalah dengan cara mudah memecah batu

bara ke bongkahan yang lebih kecil dan mencucinya. Beberapa sulfur yang ada sebagai Universitas Sumatera Utara

bintik kecil di batu bara disebut sebagai "pyritic sulfur " karena ini dikombinasikan dengan

besi menjadi bentuk iron pyrite, selain itu dikenal sebagai "fool's gold” dapat dipisahkan

dari batu bara. Secara khusus pada proses satu kali, bongkahan batu bara dimasukkan ke

dalam tangki besar yang terisi air , batu bara mengambang ke permukaan ketika kotoran

sulfur tenggelam. Fasilitas pencucian ini dinamakan "coal preparation plants" yang

membersihkan batu bara dari pengotor-pengotornya. (Geankoplis,2003)

Tidak semua sulfur bisa dibersihkan dengan cara ini, bagaimanapun sulfur pada

batu bara adalah secara kimia benar-benar terikat dengan molekul karbonnya, tipe sulfur

ini disebut "organic sulfur," dan pencucian tak akan menghilangkannya. Beberapa proses

telah dicoba untuk mencampur batu bara dengan bahan kimia yang membebaskan sulfur

pergi dari molekul batu bara, tetapi kebanyakan proses ini sudah terbukti terlalu mahal,

ilmuan masih bekerja untuk mengurangi biaya dari prose pencucian kimia ini.

Kebanyakan pembangkit tenaga listrik modern dan semua fasilitas yang dibangun

setelah 1978 — telah diwajibkan untuk mempunyai alat khusus yang dipasang untuk

membuang sulfur dari gas hasil pembakaran batu bara sebelum gas ini naik menuju

cerobong asap. Alat ini sebenarnya adalah "flue gas desulfurization units," tetapi banyak

orang menyebutnya "scrubbers" — karena mereka men-scrub (menggosok) sulfur keluar

dari asap yang dikeluarkan oleh tungku pembakar batu bara. (Smith,1959)

2.1.1 Materi pembentuk batu bara

Hampir seluruh pembentuk batu bara berasal dari tumbuhan. Jenis-jenis tumbuhan

pembentuk batu bara dan umurnya menurut Diessel (1981) adalah sebagai berikut:

a. Alga, dari Zaman Pre-kambrium hingga Ordovisium dan bersel tunggal. Sangat

sedikit endapan batu bara dari perioda ini.

b. Silofita, dari Zaman Silur hingga Devon Tengah, merupakan turunan dari alga.

Sedikit endapan batu bara dari perioda ini.

c. Pteridofita, umur Devon Atas hingga Karbon Atas. Materi utama pembentuk batu

bara berumur Karbon di Eropa dan Amerika utara. Tetumbuhan tanpa bunga dan

biji, berkembang biak dengan spora dan tumbuh di iklim hangat.

d. Gimnospermae, kurun waktu mulai dari Zaman Permian hingga Kapur Tengah.

Tumbuhan heteroseksual, biji terbungkus dalam buah, semisal pinus, mengandung

kadar getah (resin) tinggi. Jenis Pteridospermae seperti gangamopteris dan

glossopteris adalah penyusun utama batu bara Permian seperti di Australia, India

dan Afrika. Universitas Sumatera Utara

e. Angiospermae, dari Zaman Kapur Atas hingga kini. Jenis tumbuhan modern, buah

yang menutupi biji, jantan dan betina dalam satu bunga, kurang bergetah dibanding

gimnospermae sehingga, secara umum, kurang dapat terawetkan.

(Wahyudiono,2003)

2.2 Batu bara di Indonesia

Di Indonesia, endapan batu bara yang bernilai ekonomis terdapat di cekungan Tersier,

yang terletak di bagian barat Paparan Sunda (termasuk Pulau Sumatera dan Kalimantan),

pada umumnya endapan batu bara ekonomis tersebut dapat dikelompokkan sebagai batu

bara berumur Eosen atau sekitar Tersier Bawah, kira-kira 45 juta tahun yang lalu dan

Miosen atau sekitar Tersier Atas, kira-kira 20 juta tahun yang lalu menurut Skala waktu

geologi.

Batu bara ini terbentuk dari endapan sisa tumbuhan dan fosil pada iklim purba

sekitar khatulistiwa yang mirip dengan kondisi kini. Beberapa diantaranya tegolong kubah

gambut yang terbentuk di atas muka air tanah rata-rata pada iklim basah sepanjang tahun.

Dengan kata lain, kubah gambut ini terbentuk pada kondisi dimana mineral-mineral

anorganik yang terbawa air dapat masuk ke dalam sistem dan membentuk lapisan batu bara

yang berkadar abu dan sulfur rendah dan menebal secara lokal. Hal ini sangat umum

dijumpai pada batu bara Miosen. Sebaliknya, endapan batu bara Eosen umumnya lebih

tipis, berkadar abu dan sulfur tinggi. Kedua umur endapan batu bara ini terbentuk pada

lingkungan lakustrin, dataran pantai atau delta, mirip dengan daerah pembentukan gambut

yang terjadi saat ini di daerah timur Sumatera dan sebagian besar

Kalimantan.(Sukandarrumidi,2006)

Kualitas batubara adalah sifat fisika dan kimia dari batubara yang mempengaruhi

potensi kegunaannya. Kualitas batubara ditentukan oleh maseral dan mineral matter

penyusunnya, serta oleh derajat coalification (rank).

Umumnya, untuk menentukan kualitas batubara dilakukan analisa kimia pada

batubara yang diantaranya berupa analisis proksimat dan analisis ultimat. Analisis

proksimat dilakukan untuk menentukan jumlah air (moisture), zat terbang (volatile matter),

karbon padat (fixed carbon), dan kadar abu (ash), sedangkan analisis ultimat dilakukan

untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara seperti : karbon, hidrogen,

oksigen, nitrogen, sulfur, unsur tambahan dan juga unsur jarang.

Universitas Sumatera Utara

Kualitas batubara ditentukan dengan analisis batubara di laboraturium, diantaranya

adalah analisis proksimat dan analisis ultimat. Analisis proksimat dilakukan untuk

menentukan jumlah air, zat terbang, karbon padat, dan kadar abu, sedangkan analisis

ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara seperti :

karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, unsur tambahan dan juga unsur jarang.

Kualitas batubara ini diperlukan untuk menentukan apakah batubara tersebut

menguntungkan untuk ditambang selain dilihat dari besarnya cadangan batubara di daerah

penelitian.

2.3 Sumberdaya batu bara

Potensi sumberdaya batu bara di Indonesia sangat melimpah, terutama di Pulau

Kalimantan dan Pulau Sumatera , sedangkan di daerah lainnya dapat dijumpai batu bara

walaupun dalam jumlah kecil dan belum dapat ditentukan keekonomisannya, seperti di

Jawa Barat, JawaTengah , Papua, dan Sulawesi.

Di Indonesia, batu bara merupakan bahan bakar utama selain solar (diesel fuel)

yang telah umum digunakan pada banyak industri, dari segi ekonomis batu bara jauh lebih

hemat dibandingkan solar, dengan perbandingan sebagai berikut: Solar Rp 0,74/kilokalori

sedangkan batu bara hanya Rp 0,09/kilokalori, (berdasarkan harga solar industri Rp.

6.200/liter).

Dari segi kuantitas batu bara termasuk cadangan energi fosil terpenting bagi

Indonesia. Jumlahnya sangat berlimpah, mencapai puluhan milyar ton. Jumlah ini

sebenarnya cukup untuk memasok kebutuhan energi listrik hingga ratusan tahun ke depan.

Sayangnya, Indonesia tidak mungkin membakar habis batu bara dan mengubahnya

menjadi energis listrik melalui PLTU. Selain mengotori lingkungan melalui polutan CO2,

SO2, NOx dan CxHy cara ini dinilai kurang efisien dan kurang memberi nilai tambah tinggi.

Batu bara sebaiknya tidak langsung dibakar, akan lebih bermakna dan efisien jika

dikonversi menjadi migas sintetis, atau bahan petrokimia lain yang bernilai ekonomi

tinggi. Dua cara yang dipertimbangkan dalam hal ini adalah likuifikasi (pencairan) dan

grasifikasi (penyubliman) batu bara.

Membakar batu bara secara langsung (direct burning) telah dikembangkan

teknologinya secara continue, yang bertujuan untuk mencapai efisiensi pembakaran yang

maksimum, cara-cara pembakaran langsung seperti: fixed grate, chain grate, fluidized bed, Universitas Sumatera Utara

pulverized, dan lain-lain, masing-masing mempunyai kelebihan dan kelemahannya.

(Sukandarrumidi,2006)

2.4 Jenis-jenis Batubara

Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan

waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, bituminus, sub-bituminus,

lignit dan gambut.

a) Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster)

metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur Karbon (C) dengan kadar air kurang dari

8%.

Gambar 2.1 Batubara Jenis Antrasit

b) Bituminous mengandung 68 - 86% unsur Karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari

beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Indonesia, tersebar di pulau

sumatera, kalimantan dan sulawesi.

Gambar 2.2 Batubara Jenis Bituminous

c) Sub-bituminus mengandung sedikit Karbon dan banyak air, dan oleh karenanya

menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.3 Batubara Jenis Sub-bituminous

d) Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air

35-75% dari beratnya.

Gambar 2.4 Batubara Jenis Lignit

e) Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling

rendah.

Gambar 2.5 Batubara Jenis Gambut

2.5 Kualitas batubara

Batubara yang diperoleh dari penambangan pasti mengandung pengotor (impurities) .

Keberadaan pengotor ini diperparah dengan kenyataan bahwa tidak mungkin memilih

batubara yang bersih dan terbebas dari mineral. Penambangan dalam jumlah besar selalu

menggunakan alat-alat berat seperti bulldoser,backhole,tractor,dan lainnya.

Impurities terbagi menjadi dua jenis yaitu : Universitas Sumatera Utara

1. Inherent Impurities

Merupakan pengotor bawaan yang terdapat pada batubara. Batubara yang sudah

dicuci (washing) yang di kecilkan ukuran butirannya (crushing) kemudian dibakar dan

menyisakan abu. Pengotor ini merupakan pengotor bawaan pada saat pembentukan

batubara, pengotor tersebut dapat berupa gipsum (CaSO42H2O), anhidrit (CaSO4) , pirit

(FeS2), silika (SiO2) dapat pula berbentuk tulang-tulang binatang (diketahui dari senyawa-

senyawa fosfor dari analisis abu) . Pengotor bawaan ini tidak mungkin dihilangkan sama

sekali , tetapi dapat dikurangi dengan cara pembersihan . Proses ini dikenal dengan

tenologi batubara bersih.

2. External impurities

Merupakan pengotor yang berasal dari luar , timbul pada saat proses penambangan

Dalam menentukan mutu / kualitas batubara perlu diperhatikan beberapa hal :

a) Heating Value (HV) ( Calorific Value / Nilai kalor)

Dinyatakan dengan kkal/Kg , banyaknya jumlah kalori yang dihasilkan

batubara tiap satuan berat (dalam kilogram).

b) Moisture Content (kandungan lengas / air)

Batubara dengan jumlah lengas tinggi akan memerlukan lebih banyak udara

primer untuk mengeringkan batubara tersebut agar suhu batubara pada saat keluar

dari gilingan tetap, sehingga hasilnya memiliki kualitas yang terjamin. Jenis air

sulit untuk dilepaskan tetapi dapat dikurangi, dengan cara memperkecil ukuran

butir batubara (Wahyudiono,2006).

c) Ash Content (Kandungan abu)

Komposisi batubara bersifat heterogen ,apabila batubara dibakar maka

senyawa organik yang ada akan di ubah menjadi senyawa oksida yang berukuran

butiran dalam bentuk abu. Abu dari sisa pembakaran inilah yang dikenal sebagai

ash content. Abu ini merupakan kumpulan dari bahan – bahan pembentuk batubara

yang tidak dapat terbakar, atau yang di oksidasi oleh oksigen . Bahan sisa dalam

bentuk padatan ini antara lain senyawa SiO2 , Al2O3, TiO2 , Mn3O4 , CaO, Fe2O3 ,

MgO , K2O , Na2O, P2O, SO3 dan oksida unsur lainnya.

d) Sulfur Content (kandungan belerang)

Belerang yang terdapat pada batubara dalam bentuk senyawa organik dan

arorganik, dalam senyawa anorganik dapat dijumpai dalam bentuk mineral pirit

(FeS2 bentuk kristal kubus) , markasit (FeS2 bentuk kristal orthorombik) atau dalam

bentuk sulfat. Sedangkan belerang organik terbentuk selama terjadinya proses

coalification . (Krevelen, 1993) Universitas Sumatera Utara

e) Volatile matter ( bahan mudah menguap )

Kandungan Volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan

intensitas nyala api.

f) Fixed Carbon

Didevinisikan sebagai material yang tersisa , setelah berkurangnya moisture

, volatile matter dan ash. Hubungan ketiganya sebagai berikut:

Fixed Carbon (%) = 100% - Moisture Content – Ash Content

Fixed Carbon = 100 – Volatile Matter (%)

g) Hardgrove Grindability Index (HGI)

Suatu bilangan yang menunjukkan mudah atau sukarnya batubara di giling

atau di gerus menjadi bentuk serbuk. Butiran paling halus < 3 mm sedangkan yang

paling kasar sampai 50 mm.

h) Ash Fusion Character of coal

Kualitas batubara adalah sifat fisika dan kimia dari batubara yang

mempengaruhi potensi kegunaannya. Kualitas batubara ditentukan oleh maseral

dan mineral matter penyusunnya, serta oleh derajat coalification (rank).

Umumnya, untuk menentukan kualitas batubara dilakukan analisa kimia

pada batubara yang diantaranya berupa analisis proksimat dan analisis ultimat.

Analisis proksimat dilakukan untuk menentukan jumlah air (moisture), zat terbang

(volatile matter), karbon padat (fixed carbon), dan kadar abu (ash), sedangkan

analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara

seperti : karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, unsur tambahan dan juga unsur

jarang.

Kualitas batubara ditentukan dengan analisis batubara di laboraturium,

diantaranya adalah analisis proksimat dan analisis ultimat. Analisis proksimat

dilakukan untuk menentukan jumlah air, zat terbang, karbon padat, dan kadar abu,

sedangkan analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia

pada batubara seperti : karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, unsur tambahan

dan juga unsur jarang.

Kualitas batubara ini diperlukan untuk menentukan apakah batubara

tersebut menguntungkan untuk ditambang selain dilihat dari besarnya cadangan

batubara di daerah penelitian.

Untuk menentukan jenis batubara, digunakan klasifikasi American Society

for Testing and Material (ASTM, 1981, op cit Wood et al., 1983)(Tabel 5.2). Universitas Sumatera Utara

Klasifikasi ini dibuat berdasarkan jumlah karbon padat dan nilai kalori dalam basis

dry, mineral matter free (dmmf). Untuk mengubah basis air dried (adb) menjadi

dry, mineral matter free (dmmf) maka digunakan Parr Formulas (ASTM, 1981, op

cit Wood et al., 1983) :

dimana :

FC = % karbon padat (adb)

VM = % zat terbang (adb)

M = % air total (adb)

A = % Abu (adb)

S = % sulfur (adb)

Btu = british termal unit = 1,8185*CV adb

2.6 Nilai Kalori Batubara

Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda

tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu

adalah ukuran dalam satuan derajat panas. Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah

panas baik yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda.

Dari sisi sejarah kalor merupakan asal kata caloric ditemukan oleh ahli kimia

perancis yang bernama Antonnie laurent lavoiser (1743 - 1794). Kalor memiliki satuan

Kalori (kal) dan Kilokalori (Kkal). 1 Kalori sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan

untuk memanaskan 1 gram air naik 1 derajat celcius.

(http://organisasi.org/pengertian_definisi_kalor_dan_teori_kalor_umum_dasar_kuantitas_j

umlah_panas_pendidikan_ilmu_sains_fisika_via_internet_gratis)

2.7 Metode Standar Analisis Batubara

Metode standar adalah suatu cara analisis dan pengujian baik dari ketelitian, kesederhanaan

peralatan , maupun dari aspek-aspek lainnya. Metode ini kemudian dibakukan untuk

digunakan sebagai pedoman atau standar analisis dan pengujian. Prosedur baku ini

disesuaikan dengan keadaan dan sifat batubara di negara yang bersangutan. Oleh karena

cara analisis yang berbeda-beda , maka International Organization for Standardization

(ISO) telah berusaha mengembangkan cara yang dapat dipakai di seluruh dunia.

Di dunia perbatubaraan, pada dasarnya terdapat dua jenis standar, yakni standar

nasional dan standar international.

Universitas Sumatera Utara

2.7.1 Standar Internasional

Standar internasional dikeluarkan oleh International Organization for Standardization

(ISO) , yang tujuannya menggantikan standar nasional yang ada. Dalam standar ISO sudah

tercantum prosedur penentuan standar tersebut, apakah untuk hard coal, coal, brown coal

and lignites, atau untuk bahan bakar secara umum (fuel).

Beberapa standar ISO untuk batubara :

ISO 589-1981 Hard Coal –Determination of total moisture

ISO 501-1981 Coal –Determination of the crucible swelling number

ISO 1015-1975 Brown Coals and Lignites- Determination of moisture content:

Direct volumetric method

ISO 1015-1976 Solid mineral fuels – Determination of gross calorific value

by the calorimeter bomb method, and calculation of net calorific

value.

2.7.2 Standar Nasional Indonesia (SNI)

Sampai saat ini telah dikeluarkan beberapa standar untuk penentuan parameter batubara

Indonesia. Standar tersebut dikeluarkan oleh Dewan Standar Nasional dengan nama

Standar Nasional Indonesia (SNI) .Standar yang dibuat dengan mnterjemahkan standar-

standar ISO. (Bayuseno,2005)

2.8 Klasifikasi batubara

a. Jenis anthrancite :

Warna hitam , sangat mengkilat ,kompak, kandungan karbon sangat tinggi , nilai

kalori sangat tinggi, kandungan air , abu dan sulfur sangat sedikit.

b. Jenis bituminous / subbituminous coal :

Warna hitam mengkilat, kurang kompak, kandungan karbon relatif tinggi, nilai

kalori tinggi, kandungan air, abu, sulfur sedikit.

c. Jenis Lignite (brown coal) :

Warna hitam , sangat rapuh, kandungan karbon sedikit, nilai kalori rendah ,

kandungan air, abu, dan sulfur tinggi.

2.8.1 Klasifikasi Batubara berdasarkan nilai kalorinya : Universitas Sumatera Utara

a. Batubara tingkat tinggi (high rank),meliputi meta anthracite, anthracite

dan semi anthracite

b. Batubara tingkat menengah (moderate rank) meliputi low volatile ,

bituminos coal, high volatile coal.

c. Batubara tingkat rendah (low rank) meliputi sub bituminous coal lignite.

2.9 Analisis Batubara

Pada prinsipnya dikenal dua jenis pengujian analisis buntuk kualitas batubara yaitu

Analisis Prosikmat (Proximate analysis) dan Analisis Ultimate (Ultimate

Analysis/Elemental Analysis)

1. Analysis Proksimat , meliputi analisis

a. Moisture Content

b. Ash Content

c. Volatile Metter

d. Fixed Carbon

e. Total Sulfur

f. Gross Calorific Value

g. Hardgrove Grindability Index

2. Analisis Ultimat , meliputi analisis

a. Carbon Content

b. Hidrogen Content

c. Oxygen Content

d. Nitrogen Content

e. Sulfur Content

3. Analisis Steaming Coal

a. Niai Kalori

b. Ash Content

2.10 Pengertian Boiler

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk

air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan

untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Air adalah media yang berguna dan

murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan sampai menjadi Universitas Sumatera Utara

steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang

menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan

yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

Sistem boiler terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem bahan bakar.

Sistem air umpan menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai dengan

kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan

perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler.

Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna.

Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau

dengan alat pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang

digunakan untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan.

Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar

yang digunakan pada sistem.Air yang disuplai ke boiler untuk dirubah menjadi steam

disebut air umpan.

Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang

kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus

diumpankan dari lua r ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi boiler

yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan

menggunakan limbah panas pada gas buang.

Sampai dengan saat ini secara umum dikenal dua macam jenis boiler yaitu Fire

Tube Boiler (Boiler Tabung Api) dan Water Tube Boiler (Boiler Tabung Air). Water tube

boiler mempunyai efisiensi yang lebih tinggi daripada fire tube boiler, khususnya yang

membutuhkan panas tinggi atau tekanan tinggi, oleh karena itu boiler jenis ini banyak

digunakan oleh industri yang dalam prosesnya membutuhkan tekanan tinggi.(Elonka,1982)

2.11 Nilai Steam Boiler

Steam boiler adalah peralatan yang sangat umum dalam industri, terutama karena daya

uapnya sangat berguna. Biasanya digunakan untuk uap dalam industri termasuk

melakukan kerja mekanik (misalnya mesin uap menggerakan semacam mesin), pemanas,

menghasilkan Vacuums (melalui penggunaan "eductors uap"), dan peningkatan proses

kimia (misalnya menubah gas alam menjadi hidrogen dan karbon dioksida).Proses

mengubah air menjadi uap sangat sederhana, memanaskan air sampai mendidih. Siapa pun

yang pernah rebus sepanci air untuk memasak tahu bagaimana proses ini bekerja. Membuat

uap terus-menerus, bagaimanapun, adalah sedikit lebih rumit. Variabel penting untuk

mengukur dan pengendalian dalam boiler kontinu adalah level air di dalam "uap drum" (di

atas vessel dalam tabung air boiler). Dalam rangka keamanan dan efisiensi untuk

menghasilkan aliran kontinu uap, kita harus memastikan drum uap tidak berjalan pada air Universitas Sumatera Utara

yang terlalu rendah atau terlalu tinggi. Jika tidak ada cukup air dalam drum, tabung air

berjalan dalam keadaan kering dan terbakar oleh api. Jika terlalu banyak air dalam drum,

air cair dapat terbawa bersama dengan aliran uap, menyebabkan masalah penurunan uap.

Nilai steam ini dikenal dengan satuan ‘Bar’.

(http://instrumentasi-a-kontrol/industrial-instrumentation/69-example-steam-

boilerpart1.html)

2.12 Dasar Teori Boiler

1. Boiling

Proses pemanasan air untuk mendapatkan steam merupakan proses yang

sangat umum dilakukan oleh manusia. Secara termodinamika, cukup dengan

menaikkan suhu air tersebut hingga mencapai titik yang diinginkan, hal ini

dibutuhkan energy untuk menaikkan suhu atau merubah fase dari fase liquid

menjadi fase gas. Contoh yang sederhana mengenai ini adalah alat kettle boiler.

Faktor teknis dan ekonomi yang sangat diperhatikan untuk menghasilkan steam

dengan tekanan yang diinginkan adalah seberapa kecil energi yang dibutuhkan

untuk mendapatkan steam yang sesuai.

2. Pressure (Tekanan)

Tekanan merupakan faktor penting dalam proses boiler. Tekanan proses

yang diinginkan harus dijaga untuk menjamin kebutuhan steam sesuai tekanan

yang dibutuhkan.

3. Temperature (Suhu)

Temperatur adalah panas kerja dalam boiler. Temperatur ini berbanding

lurus dengan tekanan yang dihasilkan. Temperatur dan tekanan ini juga yang

mencerminkan steam yang dihasilkan. Secara umum ada dua jenis steam yang

dihasilkan: Saturated steam Temperature yang dihasilkan segaris dengan tekanan

Superheated steam Temperatur yang dihasilkan sesuai dengan design yang

direncanakan pada boiler.

4. Kapasitas

Kapasitas adalah kemampuan boiler untuk menghasilkan uap dalam satuan

berat per waktu. Untuk mendapatkan kapasitas boiler, harus mengetahui effisiensi

dari boiler dan jumlah bahan bakar yang digunakan.

Kalor yang diberikan bahan bakar x effisiensi = Kalor yang diterima fluida

untuk menjadi uap Universitas Sumatera Utara

M DH = h (W) HV

Keterangan:

M = Kapasitas, Kg/Jam

DH = Perbedaan entalphy keluar dan masuk, Kcal/Kg

h = Effisiensi, %

W = Berat Bahan Bakar, Kg/Jam

HV = Heating Value, Kcal/Kg

untuk fiber : 2340 Kcal/kg

untuk shell : 3480 Kcal/kg

5 Efisiensi

Efisiensi merupakan suatu ukuran efektifitas panas, suatu ukuran persentase

berapa banyak steam yang dihasilkan dalam setiap jumlah bahan bakar yang

terbakar (Loucks, 1942).

2.13 Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk

kedalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam

pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam

sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga.

Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara

4.500-12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers yang

dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar minyak bakar dan gas. Untuk water

tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket.

2.13.1 Karakteristik water tube boilers sebagai berikut :

a. Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan

Efisiensi pembakaran

b. Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.

c. Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

2.14 Paket Boiler

Universitas Sumatera Utara

Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim

ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan

sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and

tube dengan rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi

yang tinggi. (Jhon,W 1918)

Gambar 2.6 Jenis Paket Boiler

(Spirax Sarco)

Ciri-ciri dari packaged boilers adalah:

a. Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas

menghasilkan penguapan yang lebih cepat.

b . Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki

perpindahan panas konvektif yang baik

2.15 Neraca Panas

Proses dalam boiler tidak lepas dari penyusunan neraca panas. Proses pembakaran dalam

boiler dapat digambarkan dalam gambar neraca energi. Energi masuk dari proses

pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi yang bisa digunakan untuk untuk berbagai

kebutuhan. Dalam proses ini pasti ada kehilangan energi.

Neraca panas merupakan keseimbangan energi masuk dan yang keluar. Berikut

ilustrasi proses termodinamika.

Universitas Sumatera Utara

Sebagai contoh, berikut gambaran kehilangan energi yang mungkin dalam proses

boiler dengan menggunakan bahan bakar batu bara.

Kehilangan energi dalam proses bisa dikategorikan kehilangan yang bisa dihindari

dan yang tidak dapat dihindari. Pengkajian energi harus mengurangi kehilangan yang dapat

dihindari, dengan meningkatkan efisiensi energi. Kehilangan dapat diminimalisasi:

a) Kehilangan panas di gas cerobong. Udara berlebih diturunkan hingga batas udara

minimum dibutuhkan. Suhu gas cerobong dioptimalkan dengan pemeliharaan yang

baik, teknologi boiler yang baik ,dan lain-lain.

b) Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam ruang pembakaran,

mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan.

c) Kehilangan waktu blowdown, pengolahan air umpan yang baik dan daur ulang

kondensat.

d) Kehilangan kondensat.

e) Kehilangan konveksi dan radiasi ke lingkungan, dikurangi dengan mengisolasi

boiler dengan baik.(Reklaitis,G.V 1942)

2.16 Pengolahan Air Umpan Boiler

Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang benar untuk

mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler merupakan bagian

dari sistim boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari sistim didepannya. Kinerja

boiler, efisiensi, dan umur layanan merupakan hasil langsung dari pemilihan dan

pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler.

Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan

komponen air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air umpan

dalam keadaan terlarut. Walau demik ian, dibawah kondisi panas dan tekanan hampir

seluruh komponen terlarut keluar dari larutan sebagai padatan partikuat, kadang-kadang

dalam bentuk Kristal dan pada waktu yang lain sebagai bentuk amorph. Jika kelarutan

komponen spesifik dalam air terlewati, maka akan terjadi pembentukan kerak dan

endapan. Air boiler harus cukup bebas dari pembentukan endapan padat supaya terjadi

perpindahan panas yang cepat dan efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler.

(Elonka,1982) Universitas Sumatera Utara