Seminar Nasional TREnD Technology of Renewable Energy and Development FTI Universitas Jayabaya Juni 2022 Analisis Efisiensi Boiler Berbahan Bakar Gas di PT XYZ Menggunakan Metode Langsung dan Tidak Langsung Galih Prasetyo Aji Gumelar.
Mubarokah Nuriaini Dewi*).
Ahmad Miftah.
Wahyu Endranaka, dan Bentar Al Faridzal Eka S P Teknik Kimia.
Fakultas Teknologi Industri Universitas Jayabaya *) Corrseponding Author: mubidewi88@gmail.
Abstract A steam boiler is a device for generating steam, which consists of two important parts, namely the heating kitchen section to produce heat obtained from burning fuel and the proper boiler section to convert water into steam.
The type of boiler used at PT.
XYZ is a gas-fired boiler that functions as a heater in the production process.
Boiler performance is very important to note, in order to smooth the production process and to get maximum quality of production.
Therefore, it is necessary to carry out periodic analysis to ensure the feasibility of the boiler.
One of the parameters used to analyze boiler performance is to calculate the efficiency value.
Analyzing boiler efficiency using data collection methods including field studies and literature studies.
The field study includes direct observation of the boiler working process at PT.
XYZ and literature studies are carried out with library research that is relevant to the problem at hand.
From observations and calculations, it was found that the boiler efficiency was 73.
78% with the direct method, 37% with the indirect method.
The decrease in the efficiency of the boiler is due to the presence of scale in the pipes, which hinders the heat transfer process.
However, the efficiency value of a gas fuel boiler is more efficient than a diesel fuel boiler which has an efficiency value of 65.
Abstrak Ketel uap .
merupakan alat untuk menghasilkan uap, yang terdiri atas dua bagian penting yaitu bagian dapur pemanasan untuk menghasilkan panas yang didapat dari pembakaran bahan bakar dan bagian boiler proper untuk mengubah air menjadi uap.
Jenis boiler yang digunakan di PT.
XYZ adalah boiler berbahan bakar gas yang difungsikan sebagai pemanas dalam proses produksi.
Performa boiler sangat penting diperhatikan, guna kelancaran proses produksi dan untuk mendapatkan kualitas hasil produksi yang Oleh karena itu, perlu dilakukan analisis berkala guna memastikan kelayakan dari boiler.
Salah satu parameter yang digunakan untuk menganalisis performa boiler adalah dengan menghitung nilai Menganalisis efisiensi boiler dengan menggunakan metode pengumpulan data meliputi studi lapangan dan studi pustaka.
Studi lapangan meliputi pengamatan langsung terhadap proses kerja boiler di PT.
XYZ dan studi pustaka dilakukan dengan penelitian pustakaan yang relevan dengan masalah yang Dari pengamatan dan perhitungan didapatkan nilai efisiensi boiler sebesar 73,78% dengan metode langsung, dan 73,37% dengan metode tidak langsung.
Penurunan nilai efisiensi boiler dikarenakan adanya kerak pada pipa-pipa sehingga menghambat proses perpindahan panas.
Akan tetapi nilai efisiensi boiler bahan bakar gas tersebut lebih efisien dibandingkan dengan boiler berbahan bakar solar yang mempunyai nilai efisiensi sebesar 65,23%.
Kata kunci : Boiler.
Efisiensi.
Gas TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Galih Prasetyo Aji Gumelar et al / Seminar Nasional TREnD .
2022 22 Ae 28
PENDAHULUAN
Ketel uap .
adalah sebuah alat untuk menghasilkan uap yang terdiri atas dua bagian penting yaitu dapur pemanasan untuk menghasilkan panas yang didapat dari pembakaran bahan bakar dan boiler proper untuk mengubah air menjadi uap .
Prinsip kerja boiler yaitu air di dalam boiler dipanaskan oleh panas dari hasil pembakaran bahan bakar sehingga terjadi perpindahan panas dari sumber panas tersebut ke air.
Hal tersebut mengakibatkan air menjadi panas atau berubah wujud menjadi uap.
Air yang lebih panas memiliki berat jenis yang lebih rendah dibandingkan air yang lebih dingin sehingga terjadi perubahan berat jenis di dalam boiler.
Air yang memiliki berat jenis yang lebih kecil akan naik dan sebaliknya air yang memiliki berat jenis yang lebih tinggi akan turun ke dasar.
Menurut Febriantara .
, berdasarkan mekanisme fluida yang digunakan terdapat dua jenis boiler yaitu mesin boiler pipa api .
ater tube boile.
dan mesin boiler pipa air .
ire tube boile.
Pada proses produksi di PT.
XYZ boiler yang digunakan yakni boiler dengan tipe fire tube sebagai pemanas.
Pada umumnya, boiler dalam proses produksi digunakan selama 330 hari dalam setahun sehingga memungkinkan adanya penurunan kualitas serta efisiensi dari boiler tersebut.
Pengukuran nilai efisiensi boiler tiap tahunnya sangat diperlukan untuk mengetahui kondisi dari boiler karena akan mempengaruhi hasil produksi.
Efisiensi ketel uap .
dinyatakan sebagai perbandingan panas sebenarnya yang digunakan untuk memanaskan air dan pembentukan uap terhadap panas hasil pembakaran bahan bakar .
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi nilai efisiensi boiler antara lain mass flow, tekanan dan temperatur uap masuk boiler, serta tekanan dan temperatur uap keluar boiler .
Pembakaran adalah reaksi kimia yang cepat antara oksigen dan bahan yang dapat terbakar yang menghasilkan kalor .
Pembakaran yang sempurna akan dapat mengubah seluruh energi yang memungkinkan pada bahan bakar.
Akan tetapi pada kenyataannya pembakaran sempurna dengan efisiensi 100% sangat sulit tercapai akibat kerugian .
pada instrumen pendukung .
dan juga seiring dengan lamanya penggunaan suatu boiler.
Dalam penelitian ini.
PT.
XYZ menggunakan boiler tipe fire tube dengan bahan bakar berupa natural gas.
Boiler tersebut diproduksi pada tahun 2005.
Oleh karena itu, sangat diperlukan pengukuran efisiensi dari boiler tersebut untuk menentukan performa boiler dalam kondisi baik atau perlu dilakukan perawatan.
Pengukuran efisiensi boiler dilakukan dengan menggunakan dua metode, yaitu metode langsung dan metode tidak langsung.
METODE PENELITIAN
Penelitian dilakukan selama 1 .
bulan dari 21 Desember 2021 Ae 21 Januari 2022 di PT.
XYZ.
Sumber data yang digunakan dalam penelitian ini adalah data dari PT.
XYZ.
Data yang digunakan adalah spesifikasi fire tube boiler, jenis bahan bakar, tekanan, suhu air umpan, jumlah pemakaian gas per jam, jumlah uap per jam, dan temperatur keluaran boiler Tahap awal proses penentuan efisiensi boiler adalah mengumpulkan data-data yang tersedia antara lain data unit boiler, hasil ultimate natural gas, hasil pengukuran flue gas dan nilai kalor.
Data unit boiler meliputi data tekanan, temperatur masukan, dan temperatur keluaran boiler.
Data tersebut diubah menjadi entalpi panas, hg, dalam kJ/kg dan entalpi air umpan, dalam kJ/kg untuk mendapatkan nilai energi keluar dan energi masuk.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Galih Prasetyo Aji Gumelar et al / Seminar Nasional TREnD .
2022 22 Ae 28 Tabel 1.
Data Unit Boiler Parameter Unit Operasi Steam flow Ton/h Steam pressure Bar Steam volume M /h Natural gas Ton/h Steam temperature Feed water temperature GCV natural gas Kkal/kg Make up water entalphy Kkal/kg Steam enthalphy Kkal/kg Tahap kedua adalah perhitungan efisiensi boiler menggunakan dua metode yaitu metode langsung dan metode tidak langsung.
Perhitungan boiler dengan metode langsung.
Dilakukan dengan cara membandingkan secara langsung energi fasa yang diserap oleh air sehingga berubah fase menjadi uap air .
nergi outpu.
, dengan energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar di dalam energi ruang bakar boiler .
nergi inpu.
Penentuan efisiensi dengan metode langsung dapat ditentukan menggunakan persamaan .
Efisiensi boiler () = (Q.
gOeh.
) qyGCV y 100% .
Nilai adalah efisiensi boiler (%).
Q adalah jumlah steam yang dihasilkan .
g/ja.
GCV adalah nilai panas kotor bahan bakar .
kal/k.
bahan bakar, hg adalah entalpi steam jenuh, hf adalah entalpi air umpan, q adalah jumlah bahan bakar yang digunakan kg/jam.
Tabel 2.
Kelebihan dan Kekurangan Metode Langsung Kelebihan Kekurangan Parameter primer dari definisi efisiensi Debit dan heating value bahan bakar, bahan bakar boiler .
nput-outpu.
dihitung maupun debit dan properties uap air, harus secara langsung meminimalisir ketidaktepatan.
Hanya membutuhkan sedikit perhitungan Tidak mampu menunjukan potensi penyebab Tidak memerlukan asumsi nilai untuk Harus menggunakan metode tak-langsung kerugian tak terukur.
Metode tidak langsung menggunakan standar acuan untuk uji boiler yaitu British Standard.
BS 645:1987 dan USA standard ASME PT-4-1 Power Test Code Steam Generating Units.
Efisiensi dapat dihitung dengan persamaan .
yaitu, mengurangkan bagian kehilangan panas dari 100 sebagai berikut :
Efisiensi boiler () = 100 - ( A B C D E F ) .
Nilai adalah efisiensi boiler %.
A adalah nilai kehilangan panas karena gas cerobong yang kering.
B adalah nilai kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk H2 dalam bahan TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Galih Prasetyo Aji Gumelar et al / Seminar Nasional TREnD .
2022 22 Ae 28 bakar.
C adalah nilai kehilangan panas karena penguapan kadar air disebabkan kadar air dalam udara pembakaran.
D adalah nilai bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang.
E adalah nilai bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah, dan F adalah nilai radiasi dan kehilangan lain yang tidak terhitung.
Kehilangan yang diakibatkan oleh kadar air dalam bahan bakar dan yang disebabkan oleh pembakaran hidrogen tergantung pada bahan bakar, dan tidak dapat dikendalikan oleh Data yang digunakan untuk perhitungan efisiensi boiler dengan metode tidak langsung adalah :
Analisis ultimate bahan bakar (H2.
O2.
C, kadar air dan kadar ab.
Persentase oksigen atau CO2 dalam gas buang Suhu gas buang, 0C (T.
Suhu ambien, 0C (T.
Kelembaban udara, kg/kg udara kering.
GCV bahan bakar, kkal/kg Persentase bahan yang dapat terbakar dalam abu .
ntuk bahan bakar pada.
GCV abu, kkal/kg .
ntuk bahan bakar pada.
Tabel 3.
Kelebihan dan Kekurangan Metode Tidak Langsung Kelebihan Perhitungan primer seperti analisa gas buang
dan temperatur gas buang dapat dilakukan dengan sangat akurat
Dapat dilakukan perbaikan perhitungan untuk mengejar standard yang ada ataupun untuk pemenuhan garansi
Memiliki tingkat ketidaktentuan yang rendah, sebab perhitungan kerugian hanya mencermunkan sebagian kecil saja dari total
konversi energi yang ada Dapat diketahui sumber kerugian terbesar Kekurangan Membutuhkan perhitungan lebih banyak daripada metode langsung Tidak otomatis memberikan data kapasitas dan output
Beberapa titik kerugian tidak dapat diukur sehingga nilainya harus diasumsikan Pelu biaya tambahan untuk membayar teknisi boiler
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan Efisiensi Boiler Secara Langsung Analisis efisiensi boiler menggunakan metode langsung.
Data-data yang perlu diketahui adalah kapasitas produksi steam 35 ton/jam dan jumlah air umpan boiler 2,30 ton/jam.
Dari data tersebut, entalpi steam jenuh dan entalpi air dapat diketahui dari steam tabel.
Efisiensi boiler dapat dihitung menggunakan persamaan .
Efisiensi boiler () (Q.
gOeh.
) qyGCV
Oe65
2,30
y 100% y 100% = 73,78% Dari hasil perhitungan didapatkan hasil efisiensi boiler sebesar 73,78%.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Galih Prasetyo Aji Gumelar et al / Seminar Nasional TREnD .
2022 halaman depan Ae halaman belakang Perhitungan Efisiensi Boiler Secara Tidak Langsung Analisis efisiensi menggunakan metode tidak langsung meliputi analisis kehilangan panas yang terdiri dari kehilangan panas karena gas kering cerobong, kehilangan panas karena penguapan kadar air yang disebabkan oleh H2 dalam bahan bakar, kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar, kehilangan panas karena kadar air dalam udara, kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain.
Persentase kehilangan panas karena gas kering cerobong, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan .
cNyceOeycNyc.
A = yayaycO ycaycaEaycaycu ycaycaycoycayc y 100% .
Nilai A adalah persentase kehilangan panas karena gas kering cerobong, m adalah massa dari gas buang kg/kg bahan bakar.
Cp adalah panas spesifik dari gas buang kJ/kg.
Tf adalah temperatur dalam gas buang 0C.
Ta adalah temperature luar gas buang 0C.
Analisis persentase kehilangan panas karena penguapan kadar air yang disebabkan oleh H2 dalam bahan bakar, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan .
9yya2 y.
0,45.
cNyceOeycNyc.
) yayaycO ycaycaEaycaycu ycaycaycoycayc y 100% .
Nilai B adalah persentase kehilangan panas karena penguapan kadar air yang disebabkan oleh H2 dalam bahan bakar.
Cp adalah panas spesifik dari superheated steam kcal/kg0C.
Tf adalah temperatur dalam gas buang 0C.
Ta adalah temperatur luar gas buang 0C dan 584 adalah nilai panas Analisis persentase kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan .
ycAy.
0,45.
cNyceOeycNyc.
) yayaycO ycaycaEaycaycu ycaycaycoycayc y 100% .
Nilai C adalah persentase kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar.
M adalah kg dari penguapan dalam 1 kg bahan bakar.
Cp adalah panas spesifik dari superheated steam kcal/kg0C.
Tf adalah temperatur dalam gas buang 0C.
Ta adalah temperatur luar gas buang C dan 584 adalah nilai panas laten.
Analisis persentase kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam udara, dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan .
D =
yayaycIyycoyceycoyceycoycaycaycaycaycuy0,45.
cNyceOeycNyc.
yayaycO ycaycaEaycaycu ycaycaycoycayc y 100% .
Nilai D adalah persentase kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam udara.
AAS adalah suplai udara per kg dari bahan bakar.
Kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain (F) yang tidak terhitung untuk boiler kecil diperkirakan sebesar 2%.
Nilai efisiensi boiler dan rasio penguapan dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan .
Efisiensi boiler () = 100% - (A B C D F) .
Untuk menghitung rasio penguapan dapat menggunakan persamaan .
Rasio = yayaycO ycaycaEaycaycu ycaycaycoycayc y yceyceycnycycnyceycuycycn .
ayaycOOeyayaycO) y 100% .
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Galih Prasetyo Aji Gumelar et al / Seminar Nasional TREnD .
2022 halaman depan Ae halaman belakang Tabel 4.
Hasil Perkiraan Panas yang Hilang Kondisi Kehilangan panas karena gas kering cerobong Kehilangan panas sebab penguapan kadar air karena adanya H2 dalam bahan bakar Kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar Kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam udara Kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain Nilai (%) 6,80 11,78 5,62 0,43 Berdasarkan hasil pengamatan didapatkan efisiensi sebesar 73,78% dengan metode langsung dan 73,37% dengan metode tidak langsung.
Turunnya efisiensi kerja boiler dapat diakibatkan karena kurangnya pemeliharaan sehingga timbul kerak pada aliran pipa-pipa di dalam boiler tersebut.
Berdasarkan data tahun 2018 yang didapat dari PT.
XYZ, bahwa boiler bahan bakar solar mempunyai efisiensi boiler sebesar 65,23%, maka dari kedua bahan bakar tersebut dapat dilihat bahwa bahan bakar gas lebih efisien.
Dalam perhitungan efisiensi menggunakan dua metode yang memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil analisis terhadap efisiensi boiler menggunakan dua metode yaitu metode langsung dan metode tidak langsung.
Hasil nilai efisiensi menggunakan metode langsung sebesar 73,78%.
Sedangkan nilai efisiensi menggunakan metode tidak langsung sebesar 73,37%.
Penurunan hasil efisiensi boiler dikarenakan kerak pada aliran pipa-pipa di dalam boiler tersebut.
Faktor lingkungan juga mengakibatkan penurunan efisiensi boiler.
Efisiensi boiler berada dibawah standar kinerja yang baik .
%) sehingga perlu dilakukan perbaikan kinerja dari boiler tersebut.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terimakasih kepada PT.
XYZ yang telah mengizinkan kami untuk melakukan kerja praktek, dan juga kami berterimakasih kepada dosen pembimbing yang telah membantu kami dalam menyelesaikan jurnal ini.
DAFTAR PUSTAKA