Journal of Engineering Environtmental Energy and Science Vol.
No.
Januari 2022, pp.
39 - 48
e-ISSN : 2828-6170 Analisis Efisiensi Boiler menggunakan Metode Langsung di Pembangkit Listrik Tenaga Sampah (PLTS.
Bantargebang Nabila Thifalia Sahda*1.
Jayusandi Mulya Sentosa2.
Lisa Adhani3 Teknik Kimia.
Fakultas Teknik.
Universitas Bhayangkara Jakarta Raya e-mail : *1nabilathifaliasahda@gmail.
jayusandims2@gmail.
com,3lisa.
adhani@dsn.
Abstract Boiler is a closed vessel that converts chemical energy from burning fuel into heat energy.
The boiler in PLTSa Bantargebang functions as a steam generator to turn a turbine so that it can be used to generate electrical energy through an electric generator.
This study analysis the efficiency of the wastefueled boiler in PLTSa Bantargebang using the direct method.
The result of the analysis show that the waste-fueled boiler has the highest boiler efficiency value achieved at 56,5%, while the lowest boiler efficiency value is 38,8%.
Factors that reduce boiler efficiency in PLTSa Bantargebang are among others due to waste which is the main fuel that still contains water content, cleanliness of the boiler tube surface, and water quality.
Keywords: boiler, efficiency.
Direct method, waste Abstrak Boiler adalah closed vessel yang mengubah energi kimia dari pembakaran bahan bakar menjadi energi Boiler di PLTSa Bantargebang berfungsi sebagai generator uap untuk memutar turbin sehingga dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik melalui generator listrik.
Studi ini menganalisis efisiensi boiler berbahan bakar limbah di PLTSa Bantargebang menggunakan metode langsung.
Hasil analisis menunjukkan bahwa boiler berbahan bakar limbah memiliki nilai efisiensi boiler tertinggi yang dicapai sebesar 56,5%, sedangkan nilai efisiensi boiler terendah adalah 38,8%.
Faktor yang mengurangi efisiensi boiler di PLTSa Bantargebang antara lain karena limbah yang merupakan bahan bakar utama yang masih mengandung kadar air, kebersihan permukaan tabung boiler, dan kualitas air.
Kata Kunci: Bahasa Inggris dan Bahasan Indonesia .
-7kat.
PENDAHULUAN Boiler adalah bejana tertutup yang menjadi sarana untuk pembakaran bahan bakar dan mentransfer panas ke air hingga menjadi air panas atau uap (Shah & Adhyaru, 2.
Dalam hal ini menggunakan fluida yaitu air yang biasanya digunakan pada proses temperatur tinggi dan juga perubahan energi kinetik menjadi energi mekanik di dalam turbin uap, dimana air adalah media yang berguna dan murah untuk mentransfer panas ke suatu proses yang nantinya akan digunakan untuk penggerak turbin (Sangputri, 2.
Boiler jenis water tube yang digunakan di PLTSa Bantargebang juga menggunakan fluida berupa air, boiler disini dapat menghasilkan steam dengan berbagai tekanan dan temperatur yang dimana uap yang dihasilkan tersebut akan memutar turbin sehingga dapat menghasilkan energi listrik melalui generator listrik.
Pada PLTSa Bantargebang terdapat ketel uap .
yang harus tetap di evaluasi kinerjanya agar tidak mengalami banyak penurunan nilai efisiensi.
Efisiensi boiler adalah persentase unjuk kerja boiler yang didapatkan dari energi yang diserap oleh fluida kerja yaitu air didalam boiler dengan energi masukan dari bahan bakar (Wienese, 2.
Turunnya kinerja operasional boiler dapat mempengaruhi nilai efisiensi boiler yang dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu: jumlah konsumsi bahan bakar, laju aliran uap, temperatur air umpan boiler, serta tekanan dan temperatur uap boiler (Pravitasari et al.
, 2.
Turunnya kinerja operasional boiler akan berpengaruh terhadap kinerja proses pembangkit listrik dan juga ekonomi pembangkit.
Dengan kondisi ini perlu dilakukan pengkajian dan analisis dikenal dengan dua metode pengkajian efisiensi boiler, yaitu metode langsung atau metode input-output dan metode tidak langsung atau metode kehilangan panas (Dhanre et al.
, 2.
Metode langsung atau metode inputAvailable Online at : http://ejurnal.
id/index.
php/JOE3S Nabila Thifalia Sahda.
Jayusandi Mulya Sentosa.
Lisa Adhani Submitted: 15/11/2021.
Revised: 03/12/2021.
Accepted: 20/12/2021.
Published: 31/01/2022 output, metode ini hanya memembandingkan keluaran yang berguna .
dan masukan panas .
aitu bahan baka.
untuk mengevaluasi efisiensi.
Sedangkan metode tidak langsung, yaitu perbedaan antara kehilangan panas dan kehilangan energi bahan bakar (Chayalakshmi et al.
, 2.
Metode tidak langsung juga memerlukan fasilitas laboratorium yang lengkap untuk analisis (Winanti et al.
, 2.
Pada study ini saya akan melakukan analisis efisiensi boiler berbahan bakar sampah yang terdapat di PLTSa Bantargebang dengan menggunakan metode langsung untuk mengevaluasi efisiensi, dengan sumber data diperoleh dari PLTSa Bantargebang.
Kelebihan dari metode langsung efisiensi boiler dapat dievaluasi dengan cepat, hanya membutuhkan sedikit parameter dan tidak memerlukan analisis laboratoriun terlalu banyak untuk perhitungan.
Oleh karena itu menganalisis efisiensi boiler sangat penting agar dapat dilakukan tindak lanjut untuk meningkatan kinerja pada boiler.
METODE PENELITIAN
Pengambilan Data Sumber data yang diperoleh dari data log sheet PLTSa Bantargebang, diambil saat kondisi operasi dalam hari operasional berjalan stabil dan tanpa kendala sama sekali, yaitu pada tanggal 28-29 Mei 2021 dan 07-08 Juni 2021.
Data yang didapatkan adalah temperature air umpan, main steam flow, temperatur steam, tekanan steam, jumlah sampah yang digunakan dan nilai kalor bahan bakar sampah dari data internal tim engineering PLTSa Bantargebang.
Metode perhitungan efiseinsi boiler yang digunakan yaitu dengan menggunakan metode langsung.
Tahapan Pengolahan Data Mengumpulkan data yaitu mengelompokkan data pada saat kondisi operasional normal yaitu pada tanggal .
-29 Mei 2021 & 07-08 Juni 2.
dan berdasarkan pershift .
hift 1- shift .
Ao Mencari nilai entalpi uap dan entalpi air umpan berdasarkan data yang didapat yang kemudian diolah untuk mendapatkan nilai entalpi.
Melakukan analisis efisiensi boiler dengan menggunakan metode langsung.
Gambar 1 Log Sheet Operasional HASIL DAN PEMBAHASAN Data analisis yang digunakan yaitu pada saat kondisi operasional normal yaitu pada tanggal .
-29 Mei 2021 & 07-08 Juni 2.
dan menggunakan data pershift dari 4 tanggal tesebut .
hift 1-shift .
Tabel 1 Data Operasional Rata-Rata/Shift Tgl 28 Mei 2021 Temp Steam temp Steam (Bar.
pressure Main steam .
g/ja.
flow qsampah .
g/ja.
Journal of Engineering Environtmental Energy and Science: January 2022 Analisis Efisiensi Boiler menggunakan Metode Langsung A.
Tgl 29 Mei 2021 Tgl 07 Juni 2021 Tgl 08 Juni 2021 Tabel 2 Data Operasional Rata-Rata/Tanggal 28 Mei 29 Mei 07 Juni 08 Juni Temp air Main steam flow Steam umpanC .
g/ja.
temp C Steam pressure (Bar.
g/ja.
Mencari Entalpi Uap dan Air Entalpi adalah jumlah seluruh energi dalam bentuk kalor yang terdapat dalam suatu sistem dan nilainya ditentukan oleh suhu dan tekanan.
Jadi entalpi berhubungan dengan temperatur karna pada Hukum pertama termodinamika menjelaskan bahwa apabila setiap proses diberikan panas untuk sistem dan sistem akan melakukan usaha untuk mengubah energi.
Perubahan energi salah satunya ditandai dengan berubahnya temperatur.
Dalam proses perhitungan efisiensi boiler adalah data tekanan dan temperature uap yang dihasilkan, serta temperatur air umpan yang masuk.
Data tersebut diubah menjadi entalpi panas lanjut (H.
dan entalpi air umpan (H.
untuk mendapatkan nilai efisiensi boiler pada persamaan .
yang diperoleh pada steam tabel, maka dilakukan interpolasi untuk mencari entalpi yang belum diketahui agar mendapatkan nilai entalpi sebenarnya dalam kj/kg ditunjukkan pada persamaan .
Rumus interpolasi :
cuOeycu.
Y = yc1 ycu .
c2 Oe yc.
cu2Oeycu.
Copyright A 2022 Journal of Engineering Environtmental Energy and Science.
January 2022 Nabila Thifalia Sahda.
Jayusandi Mulya Sentosa.
Lisa Adhani Submitted: 15/11/2021.
Revised: 03/12/2021.
Accepted: 20/12/2021.
Published: 31/01/2022 Gambar 2 Steam Table Dimana :
Y1 = Entalpi awal dari range nilai yang tersedia di steam table Y2 = Entalpi akhir dari range nilai yang tersedia di steam table X1 = Temperatur awal dari nilai yang tersedia di steam table X2 = Temperatur akhir dari nilai yang tersedia di steam table X = Temperatur yang akan dicari nilai entalpinya Y = Nilai entalpi yang dicari Diketahui data pada tanggal 28 Mei 2021:
Y1 (Entalpi awal di steam tabl.
= 259,5 Kj/Kg Y2 (Entalpi akhir di steam tabl.
= 263,6 Kj/Kg X1 (Temperatur awal di steam tabl.
= 62C X2 (Temperatur akhir di steam tabl.
= 63C X (Temperatur air umpa.
= 62,4C Dicari Entalpi Air Umpan ? .
cuOeycu.
Y = yc1 ycu .
c2 Oe yc.
cu2Oeycu.
,4 Oe.
Y = 259,5 ycu .
,6 Oe 259,.
Oe.
Y = 261,14C Nilai Kalor Sampah Analisis proxsimat adalah suatu analisis untuk menentukan kandungan utama sampah.
Hasil analisis proximate didapatkan dari data internal tim engineering PLTSa Bantargebang.
Nilai kalor adalah jumlah energi panas yang dilepaskan oleh bahan bakar pada saat pembakaran sempurna (Santosa, 2.
Nilai kalor bahan bakar dibedakan menjadi dua yaitu nilai kalor atas (High Heating Valu.
dan nilai kalor bawah (Low Heating Valu.
Nilai kalor atas (HHV) adalah jumlah panas dimana diasumsikan air dan hidrogen yang dilepaskan dari pembakaran bahan bakar, dalam keadaan terkondensasi (Suyrez et al.
Nilai kalor bawah (LHV) adalah jumlah panas pembakaran dimana diasumsikan hidrogen dan air berbentuk uap.
Journal of Engineering Environtmental Energy and Science: January 2022 Analisis Efisiensi Boiler menggunakan Metode Langsung A.
Tabel 3 Analisis Proximate Proximate Nilai Analysis Water Content
60,405
26,65
3,44
49,23
Ash .
ir drie.
20,68 HHV
LHV
kal/gr kal/gr 4418,55 1431,07 .
s receive.
Water Content .
ir drie.
Fixed Carbon .
ir drie.
Volatile Matter .
ir drie.
Menghitung Efisiensi Boiler Energi panas yang diserap oleh air sehingga berubah fase menjadi uap .
nergi outpu.
, dengan energi yang terkandung dalan bahan bakar sampah .
nergi inpu.
Metode ini dikenal juga sebagai metode input-output karena metode ini hanya memerlukan output .
dan panas input .
ahan bakar sampa.
untuk evaluasi efisiensi.
Berdasarkan USA Standard ASME PTC 4-1 Power Test Code For Steam Generating Units, efisiensi boiler dapat dievaluasi dengan menggunakan persamaan .
ycEycycaycy .
ayciOeyayc.
= ycu 100% .
ycycycaycoycyycaEay yayaycO Dimana:
= Efisiensi % Quap = Laju aliran uap keluar .
g/ja.
= Entalpi uap keluar boiler .
j/k.
= Entalpi air umpan boiler .
j/k.
qsampah = Jumlah konsumsi sampah .
g/ja.
LHV = Nilai Kalor Pembakaran .
j/k.
Berdasarkan data tanggal 28 Mei 2021 maka diperoleh :
Diketahui :
LHV = 1431,07(Kal/g.
Ie5987.
j/k.
qsampah = 3395 (Kg/ja.
Quap = 3700 (Kg/ja.
Hg (Enthalpy stea.
= 3036.
j/k.
Hf (Enthalpy air umpa.
= 261.
j/k.
Dicari Efisiensi () ? ycEycycaycy .
ayciOeyayc.
= y 100% ycycycaycoycyycaEay yayaycO 3700 .
17Oe261.
y 100% = 50,5% 3395 y 5987.
Copyright A 2022 Journal of Engineering Environtmental Energy and Science.
January 2022 Nabila Thifalia Sahda.
Jayusandi Mulya Sentosa.
Lisa Adhani Submitted: 15/11/2021.
Revised: 03/12/2021.
Accepted: 20/12/2021.
Published: 31/01/2022 Tabel 4 Efisiensi Boiler/Shift 28 Mei 2021 Tanggal 28/05/2021 Quap .
g/ja.
g/ja.
Entalpi air umpan .
j/k.
Entalpi uap .
j/k.
LHV .
j/k.
Efisiensi % Tabel 5 Efisiensi Boiler/Shift 29 Mei 2021 Tanggal 29/05/2021 Quap .
g/ja.
g/ja.
Entalpi air umpan .
j/k.
Entalpi uap .
j/k.
LHV .
j/k.
Efisiensi % Tabel 6 Efisiensi Boiler/Shift 07 Juni 2021 Tanggal 07/06/2021 Quap .
g/ja.
g/ja.
Entalpi air umpan .
j/k.
Entalpi uap .
j/k.
LHV .
j/k.
Efisiensi % Tabel 7 Efisiensi Boiler/Shift 08 Juni 2021 Tanggal 08/06/2021 Quap .
g/ja.
g/ja.
Entalpi air umpan .
j/k.
Entalpi uap .
j/k.
LHV .
j/k.
Efisiensi % Tabel 8 Efisiensi Boiler Rata-Rata/Hari Efisiensi Boiler Rata-Rata/Hari 28/05/2021 29/05/2021 7/6/2021 Quap .
g/ja.
g/ja.
Entalpi .
j/k.
8/6/2021 Journal of Engineering Environtmental Energy and Science: January 2022 Analisis Efisiensi Boiler menggunakan Metode Langsung A.
Entalpi .
j/k.
LHV .
j/k.
Efisiensi % Efisiensi Boiler/shift 60,0% Tanggal 28/05/2021 Efisiensi % 55,0% 50,0% Tanggal 29/05/2021 45,0% 40,0% Tanggal 07/06/2021 35,0% 30,0% shift 1 shift 2 shift 3 Tanggal 08/06/2021 Gambar 3 Efisiensi Boiler/Shift Gambar 3 menunjukkan bahwa nilai efisiensi setiap shiftnya mengalami perubahan yang berbedabeda dapat dilihat pada shift 1 sampai shift 3 selama 4 hari pada kondisi operasional.
Terlihat nilai efisiensi tertinggi sebesar 56,2% terjadi pada shift 2 tepatnya pada tanggal 07 Juni 2021, hal ini terjadi karena pada shift tersebut produksi steam yang dihasilkan lebih banyak dari pada jumlah sampah yang terbakar sehingga nilai efisiensi boiler meningkat.
Sedangkan nilai efisiensi terendah tercapai pada shift 1 tepatnya pada tanggal 29 Mei 2021 sebesar 38,8%, menurunnya efisiensi boiler tersebut dikarenakan produksi steam yang dihasilkan lebih sedikit dari pada jumlah sampah yang terbakar, inilah yang mempengaruhi menurunnya efisiensi boiler.
Efisiensi Boiler/Hari 56,5% 58,0% 56,0% 54,0% 52,0% 50,5% 49,2% 50,0% 48,0% 44,7% 46,0% 44,0% 42,0% 40,0% Efisiensi % Gambar 4 Efisiensi Boiler/Hari Gambar 4 menunjukkan bahwa nilai efisiensi boiler dari hari pertama kehari lainnya tidak selalu sama, terlihat naik turun walaupun tidak terlalu signifikan perbedaanya.
Diketahui dari rata-rata nilai efisiensi boiler pada setiap tanggalnya bahwa pada tanggal 28 Mei 2021 sebesar 50,5%, tanggal 29 Mei 2021 sebesar 44,7%, tanggal 07 Juni 2021 sebesar 56,5%, dan tanggal 08 Juni 2021 sebesar 49,2%.
Dapat dilihat nilai efisiensi boiler pada saat kondisi oprasional perhari yaitu pada tanggal 07 Juni 2021 sebesar 56,5% lebih besar dari pada efisiensi pada tanggal 29 Mei 2021 yaitu 44,7%.
Berdasarkan hasil literatur di pembangkit listrik tenaga sampah di Eropa menghasilkan efisiensi rata-rata 45%-55% (Vakalis, 2.
Jadi dari hasil perhitungan efisiensi boiler di PLTSa Bantargebang menunjukkan bahwa Copyright A 2022 Journal of Engineering Environtmental Energy and Science.
January 2022 Nabila Thifalia Sahda.
Jayusandi Mulya Sentosa.
Lisa Adhani Submitted: 15/11/2021.
Revised: 03/12/2021.
Accepted: 20/12/2021.
Published: 31/01/2022 efisiensi masih cukup baik karena bahan bakar .
yang tidak terlalu banyak mengandung kadar air dapat dilihat pada Tabel 3.
meningkatnya nilai kalor sangat dipengaruhi oleh berbagai faktor selain bahan bakar juga termasuk kadar air.
Berikut analisis pengaruh menurunnya efisiensi boiler yang disebabkan oleh beberapa faktor antara lain:
Kebersihan permukaan pipa pada boiler, berpengaruh terhadap proses perpindahan kalor karena apabila adanya kotoran maupun kerak dan pengendapan .
pada pipa boiler, dapat menghambat proses perpindahan kalor sehingga laju perpindahan kalorpun akan menurun.
Kandungan air yang terdapat pada sampah, berpengaruh terhadap nilai kalor sampah semakin tinggi kadar air di dalam sampah maka semakin rendah nilai kalor pembakaran sampah sehingga dapat menurunkan efisiensi boiler.
Kualitas air yang diduga masih kurang baik sehingga dapat menurunkan efisiensi.
Air umpan boiler yang digunakan untuk mengasilkan uap steam yaitu air yang tidak mengandung unsur kalsium dan magnesium yang dapat menyebabkan terjadinya endapan yang dapat membentuk kerak dan korosi pada Sebagai salah satu upaya untuk meningkatkan efisensi di PLTSa Bantargebang yaitu menggunakan kualitas air yang baik dengan standar yang telah ditetapkan oleh American Society of Mechanical Engineers (ASME) ditunjukkan pada Tabel 9.
standar air boiler menurut ASME agar mencegah terbentuknya kerak dan korosi di dalam boiler yang dapat menghambat proses perpindahan Tabel 9 Standar Air Boiler Menurut ASME Air Umpan Parameter Standar Oksigen terlarut ppm .
g/L) < 0.
Total Besi (F.
g/L) < 0.
Total Tembaga ppm .
g/L) Cu < 0.
Total Kekerasan ppm .
g/L) CaCO3 < 0.
Bahan Kimia untuk Perlindungan Sistem Preboiler 3 Ae 10 Tidak dijelaskan Nonvolatil TOC ppm .
g/L) C Bahan Berminyak ppm .
g/L) Air Boiler Silika ppm .
g/L) SiO2
< 150
Total Alkalinity ppm .
g/L) CaCO3
< 700
Hidroksida bebas ppm .
g/L) CaCO3 Tidak dijelaskan Konduktivitas Tidak Dinetralkan mhos/cm ( S/c.
5400 Ae 1100 (Benisvy, 2.
Journal of Engineering Environtmental Energy and Science: January 2022 Analisis Efisiensi Boiler menggunakan Metode Langsung A.
Upaya untuk meningkatkan efisiensi boiler perlu dilakukan pengecekan pipa boiler pada saat maintenance untuk mengetahui kondisi pipa di dalam boiler apakah terjadi scalling atau tidak.
Suplai udara yang masuk ke dalam ruang pembakaran diperlukan untuk pembakaran yang sempurna agar efisiensi yang diinginkan bisa meningkat, tetapi jumlah aliran udara harus tetap selalu dikontrol agar tidak mengakibatkan kehilangan panas.
Karena ada kemungkinan apabila meningkatnya jumlah panas yang dihasilkan dari proses pembakaran sampah dapat dipengaruhi oleh suplai udara yang masuk ke dalam ruang pembakaran.
Panas dari hasil pembakaran akan digunakan untuk memanaskan air yang berada didalam pipa boiler untuk mengubah air menjadi uap agar menghasilkan uap yang lebih Pengaruh kadar air sampah, kadar air dari tiap komponen sampah berbeda antara satu dengan yang lainnya karena karakteristik alamiahnya juga adanya pengotor dan kondisi lingkungan lokasi pengambilan sampah.
Dari hasil literatur bahwa sampah yang baik untuk digunakan dalam waste to energy mengandung kadar air yang rendah <10% agar nilai kalor pembakaran sampah yang dihasilkan semakin tinggi (Novita & Damanhuri, 2.
Dan untuk kadar air batubara di Indonesia sebesar 9,43% semakin besar kandungan air pada bahan bakar, maka nilai kalornya semakin kecil (Shaha, 1.
Jika dibandingkan dengan kadar air sampah di PLTSa Bantargebang sebesar 26,65% dilihat dari Tabel 3.
analisis proximate bahwa diduga tergolong masih ada beberapa % kecil kandungan air pada sampah tersebut, maka dari itu untuk meningkatkan efisiensi dengan mengurangi kadar air melalui pengeringan sampah dengan dengan metode Biodrying atau peuyeumisasi (Naryono & Soemarno, 2.
KESIMPULAN DAN SARAN Perhitungan efiseinsi boiler telah dilakukan sehingga disimpulkan bahwa dari hasil perhitungan efisiensi boiler di PLTSa Bantargebang dengan menggunakan metode langsung yaitu tertinggi pada shift 2 tepatnya pada tanggal 07 Juni 2021 sebesar 56,2%, serta efisiensi terendah tercapai pada shift 1 tepatnya pada tanggal 29 Mei 2021 sebesar 38,8% dikarenakan produksi steam yang dihasilkan lebih sedikit dari pada jumlah sampah yang terbakar sehingga menyebabkan efisiensi berbeda-beda pada setiap shiftnya.
Sedangkan efisiensi/hari tertinggi tercapai pada tanggal 07 Juni 2021 sebesar 56,5%, serta efisiensi/hari terendahnya tercapai pada tanggal 29 Mei 2021 sebesar 44,7% .
Hal ini menunjukkan bahwa kinerja di PLTSa Bantargebang masih cukup baik.
Faktor penyebab penurunan efisiensi boiler yaitu masih adanya kandungan air pada bahan bakar .
, kualitas air yang kurang baik dapat menimbulkan kerak yang dapat menghambat proses perpindahan panas.
Beberapa saran yang dapat diambil agar dapat meningkatkan efisiensi boiler dilakukan pengecekan secara berkala sesuai dengan Standart Operasional Prosedure agar boiler water tube tidak terjadi kerusakan/kebocoran, dengan mengkontrol suplai udara yang masuk ruang pembakaran, mengurangi kadar air sampah dengan cara pengeringan sampah, membersihkan pipa boiler secara rutin dan kontinyu, dan menggunakan kualitas air yang baik DAFTAR PUSTAKA