ANALISA KETEL UAP BERBAHAN BAKAR

BATUBARA DENGAN KAPASITAS 15 TON/JAM DAN

TEKANAN KERJA 16 BARABS

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan

Program Pendidikan Diploma III

PROGRAM STUDI TEKNIK KONVERSI ENERGI

OLEH:

INDRI MENTARI PRATIWI MARPAUNG

NIM : 1005052074

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2013

INTISARI

Ketel uap merupakan suatu alat konversi energi yang dapat mengubah

energi kimia menjadi energi panas hasil pembakaran bahan bakar menjadi energi

potensial yang dapat digunakan untuk berbagai keperluan. Hal ini terjadi

dikarenakan adanya perpindahan panas dari bahan bakar dan air yang terjadi di

dalam tabung yang tertutup rapat. Uap tersebut akan digunakan untuk proses

produksi. Bahan bakar yang digunakan adalah batubara bituminous. Suplai

batubara dan udara pembakaran berlangsung secara otomatis yang diatur sesuai

tekanan yang ditetapkan.

Pada operasi ketel ini untuk memproduksi uap sebesar 15 ton/jam dan tekanan 16

barabs maka diperlukan batubara bitominous sejumlah 1427 kilogram/jam.

Kebutuhan udara pembakarannya sebesar 1939618,356 kilogram/jam (kelebihan

udara 30%), menghasilkan gas asap 20560,527275 kilogram per jam. Pada

kondisi operasi ketel ini dapat menghasilkan efisiensi sebesar 75%.

Kata kunci : ketel uap, bahan bakar, uap, panas

ABSTRACT

The boiler is an energy conversion device that can convert chemical

energy into heat energy from burning fuel into potential energy which can be used

for various purposes. This occurs due to heat transfer from the fuel and water that

occurs in a sealed tube. The steam will be used for the production process. Fuel

used is bituminous coal. Coal and combustion air supply run automatically set

according to the set pressure.

Bituminous Coal consumption is 1427 kilograms per hour and supplied air is

1939618,356 kilograms per hour including excess air 30 % and weight of flue

exhaust gas is 20560.527275 kilograms per hour. The boiler efficiency is 75 %.

Key words: Boiler, fuel, steam, and heat

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas

rahmat dan karunia yang diberikan-Nya kepada penulis sehingga dapat

menyelesaikan Tugas Akhir ini, mulai dari awal penyusunan hingga selesai.

Laporan yang berjudul Analisa Ketel Uap Berbahan Bakar Batu Bara

dengan Kapasitas 15 ton/jam dan Tekanan Kerja 16 Barabs ini, dimaksudkan

sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan mata kuliah Tugas Akhir Semester

VI pendidikan program Diploma III, Program Studi Teknik Konversi Energi,

Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan.

Dalam menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini, penulis telah banyak

menerima bimbingan dan arahan dari berbagai pihak, baik berupa materi,

spiritual, informasi maupun dari segi administrasi, oleh karena itu pada

kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak M. Syahruddin, S.T, M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri

Medan;

2. Bapak Ir. Gidion Sembiring, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Politeknik Negeri Medan;

3. Bapak Ir. Isman Harianda, M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik

Konversi Energi Politeknik Negeri Medan;

4. Bapak Ir. Husin Ibrahim, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah

meluangkan waktu dan tenaga dalam memberikan saran dan arahan

kepada penulis;

5. Seluruh staf pengajar Teknik Konversi Energi terkhususnya bapak Ir.

Rufinus Nainggolan, M.T., Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri

Medan;

6. Bapak Ir. Abdul Razak, M.T., selaku wali kelas Teknik Konversi Energi

EN-6C;

7. Teristimewa kepada orangtua penulis, Bapak Edison Marpaung dan

Ir. Magdalena Marbun serta seluruh abang abang saya yang telah

banyak memberikan doa dan dukungan sehingga penulis dapat

menyelesaikan laporan tugas akhir ini tepat waktunya;

8. Teman terdekat saya khususnya Bhettie Simatupang, Heni Raskita br

Kaban dan teman-teman PKL saya yang bernama: Ardika Bintang, Shinta

Hutabarat dan Jamot Sirait.

9. Rekan-rekan mahasiswa angkatan 2010 khususnya EN-6C Yanri, Dina,

Manggala, Malemna, Junica, Dika Okta, kak Anita, Abidin, Juwairiah,

Rini, Natal, Ajis, Andi, Hartoyo dan Fiere, Program Studi Teknik

Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan;

Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam menyelesaikan

laporan tugas akhir ini baik dari segi pembuatannya maupun dari segi

penyajiannya. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang

sifatnya membangun demi kesempurnaan tugas akhir ini.

Akhir kata, penulis mengucapkan terima kasih, semoga laporan Tugas

Akhir ini dapat memberi manfaat bagi kita semua khususnya untuk mahasiswa

Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri

Medan.

Medan , 2 Agustus 2013

Hormat Penulis,

Indri Mentari Pratiw Marpaung

NIM. 1005052074

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL

SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ........................................................................ii

LEMBAR PERSETUJUAN ...............................................................................iii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................iv

INTISARI ............................................................................................................v

ABSTRACT .........................................................................................................vi

KATA PENGANTAR .........................................................................................vii

DAFTAR ISI ........................................................................................................ix

DAFTAR GAMBAR ...........................................................................................xi

DAFTAR TABEL ...............................................................................................xii

BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................1

A. Latar Belakang ....................................................................................1

B. Batasan Masalah ..................................................................................3

C. Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir ..............................................3

D. Manfaat Penulisan Laporan Tugas Akhir ...........................................3

E. Metode Pengumpulan data ..................................................................3

BAB II DASAR TEORI ......................................................................................5

A. Definisi Ketel Uap...............................................................................5

B. Klasifikasi Ketel Uap.. ........................................................................6

C. Apendanse ......................................................................................... 21

D. Pengkajian Boiler ................................................................................23

E. Perpindahan Panas Pada Ketel.. ..........................................................32

BAB III SPESIFIKASI KETEL PIPA API BATU BARA ............................. 34

A. Data data teknik ketel.. ..................................................................... 34

B. Bahan bakar dan pembakaran.. ........................................................... 35

C. Kelengkapan-kelengkapan Ketel........................................................ 38

BAB IV ANALISA KETEL PIPA API ............................................................. 43

A. Nilai pembakaran batu bara ................................................................ 43

B. Kebutuhan bahan bakar ....................................................................... 44

C. Panas pembakaran .............................................................................. 45

D. Analisa kebutuhan udara pembakaran................................................ 45

E. Analisa gas asap.................................................................................. 48

F. Analisa perpindahan panas pada ketel................................................ 50

BAB V KESIMPULAN....................................................................................... 55

A. Kesimpulan.......................................................................................... 55

B. Saran.................................................................................................... 56

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Dasar untuk Penghasil Uap ................................................................. 6

Gambar 2. Ketel Uap Pipa Api ............................................................................. 7

Gambar 3. Ketel Uap Pipa Air .............................................................................. 9

Gambar 4. Superheater ......................................................................................... 11

Gambar 5. Dapur Api ............................................................................................ 12

Gambar 6. Steam Drum dan Water Drum ............................................................. 15

Gambar 7. Air Heater ............................................................................................ 16

Gambar 8. Ketel dengan Pembakaran Dalam ....................................................... 18

Gambar 9. Ketel dengan Pembakaran Luar .......................................................... 18

Gambar 10. Ketel Mobile ...................................................................................... 20

Gambar 11. Ketel Stasioner .................................................................................. 20

Gambar 12. Diagram Neraca Energi Boiler .......................................................... 28

Gambar 13. Kehilangan Panas pada Boiler Bahan Bakar Batubara ..................... 28

Gambar 14. Perpindahan Panas pada Ketel .......................................................... 32

Gambar 15. Single Bucket Elevator ...................................................................... 38

Gambar 16. Feed Hopper ...................................................................................... 38

Gambar 17. Swinging Chute ................................................................................. 39

Gambar 18. Shear Pin ........................................................................................... 39

Gambar 19. Chain Grate Stoker ............................................................................ 40

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Analisis proximate untuk Berbagai Batu Bara ....................................... 37

Tabel 2. Analisis Ultimate Batu Bara................................................................... 37

Tabel 3. Komposisi Udara..................................................................................... 45

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Bahwa energi memegang peranan yang besar dalam pengembangan

ekonomi nasional dan energi menjadi topik yang penting karena terbatasnya

sumber minyak sebagai bahan bakar utama. Oleh karena itu, pada saat ini energi

bukan lagi suatu persoalan sederhana dan murah bagi kelangsungan hidup

manusia, namun merupakan indikator yang menunjukkan bahwa energi sudah

menjadi suatu barang kebutuhan yang sangat mahal. Terjadinya krisis energi di

tahun 1970-an telah mendorong industri pembangkit listrik untuk mengganti

bahan bakar utamanya dari minyak ke batu bara. Membubungnya harga minyak

saat ini disebabkan oleh faktor-faktor level lebih mendalam, yakni antara lain

permintaan minyak bumi global meningkat dalam taraf yang besar, baik di

negara-negarra Barat seperti Amerika yang tingkat industrialisasinya yang sudah

tinggi maupun disejumlah negara-negara berkembang yang berada dalam proses

indutrialisasi pesat. Juga, pergolakan situasi di negara-negara penghasil minyak

utama di dunia. Kemudian, pada masa depan yang dapat diperkirakan, kecil

kemungkinan ditemukan energi pengganti yang memiliki daya saing secara

komersil.

Sehubungan dengan mahalnya energi tersebut, maka pemanfaatan dan

pelaksanaan konversi energi terutama di kalangan industri dan transportasi dewasa

ini dipandang sangatlah perlu untuk menggunakan energi tersebut dengan secara

efisien dan semua pihak harus dapat memelihara sumber daya alam yang berupa

sumber energi. Melalui kebijaksanaan pemilihan suatu teknologi yang paling tepat

dan pemanfaatan energi adalah secara efisien, rasional, dan bijaksana agar selalu

bisa mewujudkan kemampuan penyediaan energi serta penggunaan yang merata

sekaligus menjaga kelestarian sumber-sumber energi. Akibat mahalnya bahan

bakar, maka semestinya pihak industri atau perusahaan tidak memilliki pilihan

harus melakukan penghematan (energy saving) dalam penggunaan sumber energi.

Salah satu upaya kegiatan penghematan energi adalah peralihan

penggunaan sumber bahan bakar minyak dan gas kepada penggunaan batubara.

Satu abad yang lampau batu bara merupakan sumber langsung atau tidak langsung

sebagian terbesar energi komersial dunia. Bahkan batu bara telah memercikkan

dan menggerakkan terjadinya apa yang dinamakan Revolusi Industri. Pembakaran

batubara merupakan metode pemanfaatan batubara yang telah sekian lama

dilakukan. Dewasa ini peranan batu bara sudah jauh menurun, dan hanya

memenuhi seperempat pemakaian energi seluruh dunia. Namun demikian, volume

penggunaannya masih sangat besar, dan dengan perkembangan-perkembangan

terakhir di dunia bidang energi, terutama setelah terjadinya apa yang dinamakan

kemelut energi di tahun-tahun 1970-an, dapat disimpulkan bahwa di masa yang

akan datang, peranan batu bara akan meningkat lagi dengan pesat. Penggunaan

batubara sebagai sumber energi pada unit boiler pada industri akhir-akhir ini

menjadi pilihan yang paling diminati oleh para pengusaha karena disamping dapat

menghemat biaya operasional juga ketersediaannya cukup melimpah di Indonesia.

Saat ini di Jawa Tengah diperkirakan ada 68 industri yang sudah menggunakan

batu bara sebagai pengganti BBM dengan jumlah kebutuhan batu bara mencapai

125 ton per bulannya. Walaupun dengan terpaksa maka saat ini kalangan industri

atau perusahaan harus membeli ketel baru dan membiarkan ketel yang lama tidak

beroperasi karena perubahan penggunnaan bahan bakar minyak atau gas ke bahan

bakar batu bara.

Dalam tugas akhir ini maka diberikan judul Analisa Ketel Uap Berbahan

Bakar Batu Bara dengan Kapasitas 15 ton/jam dan Tekanan Kerja 16

Barabs.

B. Batasan Masalah

Topik batasan atau permasalahan yang akan dibahas dalam laporan tugas

akhir ini sebagai berikut

1. Menentukan kebutuhan atau konsumsi bahan bakar batu bara

2. Bahan bakar dan pembakaran

3. Perpindahan panas pada ketel uap

4. Komponen-komponen utama ketel uap

C. Tujuan Penulisan Laporan Tugas Akhir

Adapun tujuan penulisan dan pembuatan laporan tugas akhir ini adalah

sebagai berikut :

a. Untuk menghitung kebutuhan bahan bakar dan jumlah produksi uap.

b. Untuk mengetahui perpindahan panas pada ketel uap.

c. Menerapkan serta membandingkan ilmu pengetahuan yang diperoleh

selama dibangku perkuliahan dengan yang terdapat di pabrik.

D. Manfaat Penulisan Laporan Tugas Akhir

Adapun manfaat dari penulisan dan pembuatan laporan tugas akhir ini adalah

sebagai berikut :

a. Untuk penulis sendiri dalam menambah pengetahuan, pengalaman dan

wawasan komprehensif baik secara teori maupun praktis yang menjadi

bekal untuk memasuki kerja industri terkait.

b. Untuk mahasiswa dan praktisi lapangan yang haus akan ilmu

pengetahuan dalam bidang ketel uap.

c. Sebagai syarat untuk menyelesaikan Program Diploma III di

Politeknik Negeri Medan.

d. Sebagai masukan bagi Politeknik Negeri Medan Jurusan Teknik Mesin

Program Studi Teknik Konversi Energi.

E. Metode Pengumpulan Data

Untuk melakukan penulisan laporan tugas akhir ini maka metode pengumpulan

data-data dan bahan-bahan yang berhubungan sebagai berikut:

a. Membaca dan memahami materi yang terkandung dalam literatur

yanng ada di perpustakaan, buku pegangan, akses internet dan sumber-

sumber buku lain.

b. Mengadakan peninjauan secara langsung di PT.Ecogreen

Oleochemicals Belawan, yang menggunakan KETEL PIPA API serta

ketel-ketel jenis lainnya.

c. Melakukan tanya-jawab dengan operator ketel uap dan manajemen

perusahaan PT. Ecogreen Olechemicals.

d. Melakukan asistensi atau diskusi dan tanya-jawab dari doesn

pembimbing dan dari dosen-dosen pengajar konversi energi.