Analisis Pengaruh Nilai Kalor Batubara Dan Excess Air Terhadap Efisiensi Boiler Di Pembangkit Listrik Pltu Moramo
Bima Rangga Putra 1) , Lukas Kano Mangalla 2) , Yuspian Gunawan 3)
¹ ) Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo ²ʾ³ ) Dosen Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Halu Oleo Jl. H.E.A Makadompit, Kampus Hijau Bumi Tridarma Andounohu, Kendari 93232 Email : bimbimarangga18@gmail.com Article Info Abstrak Available online March 10, 2021 Boiler merupakan bagian terpenting suatu pembangkit listrik PLTU. Dalam analisis ini  digunakan boiler tipe  pipa  air  yang  dioperasikan  di  PLTU  Moramo.  Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisis pengaruh nilai kalor bahan bakar batubara dan excess air terhadap efisiensi boiler jenis pulverizer coal dengan kapasitas 230 T/H  di  PLTU  Moramo.  Pada  penelitian  dilakukan  dengan  cara  mengambil  data parameter yang terbaca pada aplikasi PIMS di DCS, sertifikat hasil analisa batubara, dan  daily  report  dari  divisi  operation.  Data  yang  telah  diperoleh  kemudian digunakan untuk menghitung entalpi, LHV, efisiensi, dan excess air . Hasil penelitian menunjukkan  bahwa  efisiensi  perhitugan  pada  data  yang  didapat,  efisiensi penggunaan batubara shipment 1912028 dengan nilai LHV sebesar 23,916.31 kJ/Kg yang memiliki efisiensi sebesar 65.54% lebih tinggi dibandingkan dengan batubara shipment 2009075 dengan nilai LHV 23,183.90 kJ/Kg yang memiliki efisiensi sebesar 62.98%.  Pada  efisiensi boiler tertinggi  sebesar  65.54%  dicapai  pada excess  air 29.07%.
Kata kunci : PLTU, LHV, Efisiensi boiler , Excess air , Kalor batubara

## Abstract
Boiler is the most important part of a steam power plant. In this analysis, a water pipe tipe boiler is used which is operated at PLTU Moramo. The purpose of this study was  to  analyze  the  effect  of  the  calorific  value  of  coal  fuel  and  excess  air  on  the efficiency of a pulverizer coal boiler with a capacity of 230 T/H at PLTU Moramo. The research was carried out by taking parameter data that was read in the PIMS application at DCS, certificates of coal analysis results, and daily reports from the operations  division.  The  data  that  has  been  obtained  is  then  used  to  calculate enthalpy, LHV, efficiency, and excess air. The results show that the efficiency of the calculation on the data obtained, the efficiency of the use of coal shipment 1912028 with an LHV value of 23.916.31 kJ/Kg which has an efficiency of 65.54% higher than coal shipment 2009075 with an LHV value of 23,183.90 kJ/Kg which has an efficiency of 62.98%. At the highest boiler efficiency of 65.54% achieved at 29.07% excess air.
Keywords : PLTU, LHV, boiler efficiency, Excess air, Coal heat

## 1. Pendahuluan
PLTU  Moramo  termasuk  dalam  proyek pembangunan  pembangkit  listrik  35000  MW. Boiler yang  digunakan  di  PLTU  Moramo  adalah boiler dengan  jenis water  tube ,  dimana boiler
dengan bagian pipa diisi oleh dengan air dan bagian luarnya  diisi  oleh  api.  Karakteristik boiler ini  ialah menghasilkan  jumlah  uap  yang  relative  banyak. Beberapa  faktor  yang  mempengaruhi  efisiensi boiler adalah tekanan superheater , temperatur air umpan,  temperatur  uap,  jumlah  uap  yang
ENTHALPY: Jurnal Ilmiah Mahasiswa Teknik Mesin
Journal homepage: http://ojs.uho.ac.id/index.php/ENTHALPY
dihasilkan, jumlah konsumsi bahan bakar, dan nilai kalori bahan bakar [1]. Tujuan penelitian ini adalah untuk menganalisa pengaruh nilai kalori batubara terhadap  efisiensi boiler jenis pulverizer  coal di PLTU  Moramo  unit  1  yang  berkapasitas  230  T/H, sehingga  perusahaan  dapat  menentukan  standar nilai  kalori  batubara  untuk  digunakan  sebagai bahan bakar utama.
Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  atau  yang sering  disebut  dengan  PLTU  adalah  pembangkit yang mengandalkan energi kinetik dari uap  untuk menghasilkan  energi  listrik.  Bentuk  utama  dari pembangkit listrik jenis ini adalah Generator yang dihubungkan  ke  turbin  yang  digerakkan  oleh tenaga kinetik dari uap panas/kering.  Pembangkit listrik  tenaga  uap  menggunakan  berbagai  macam bahan bakar terutama batubara dan minyak bakar serta MFO untuk startup awal [2].
Boiler adalah  wadah  bertekanan  yang dirancang untuk memanaskan air atau menghasilkan  uap,  yang  kemudian dapat digunakan  untuk  memberikan  ruang  pemanasan dan / atau pemanasan air layanan untuk bangunan. Dalam sebagian besar aplikasi bangunan pemanasan  komersial,  sumber  pemanasan  dalam boiler adalah gas alam. Minyak sebagai pembakar dan  pemanas  resistensi  listrik  dapat  digunakan juga.  Uap  lebih  disukai  daripada  air  panas  di beberapa aplikasi, termasuk pendingin penyerapan,  dapur,  binatu,  sterilisasi,  dan peralatan uap didorong [3].
Efisiensi boiler memiliki  peran  yang  penting untuk  mengurangi  biaya  bahan  bakar. Boiler beroperasi  terus-menerus,  sehingga boiler yang tidak efisiensi mengkonsumsi bahan bakar dengan jumlah  yang  sangat  banyak.  Terpacu  pada performa tes ASME dengan kode PTC 4.1, terdapat dua metode untuk mengukur efisiensi boiler [4]: 1. Metode input - output atau metode langsung Metode  langsung  atau input - output pada perhitungan efisiensi boiler sangatlah simple untuk perhitungan efisiensi boiler [4].
Sehingga  dapat  dihitung  dengan  rumus berikut:
𝐸𝑓𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑦 = 𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡 𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡 (1)
Dimana:
Output =  laju  uap  x  (panas  pada  uap-panas  pada feedwater Input = laju bahan bakar x kalori bahan bakar 2. Metode heat loss atau metode tidak langsung Total panas yang dikirim ke boiler oleh bahan bakar tidak semua digunakan untuk uap generator. Saat  berada  di boiler dapat  kehilangan  banyak panas  atau  biasa  dikenal  dengan heat  loss .  Pada perhitungan metode tidak langsung atau heat loss , banyak losses yang diperhitungkan dan perhitungn efisiensi dengan cara pengurangan fraksi heat loss dengan total 100% [4].
Heat  losses utama  yang  terletak  dibeberap tempat di boiler adalah sebagai berikut: [4] 1. Heat loss pada dry flue gas
2. Heat  loss akibat  penguapan  air  yang  terjadi pada hidrogen di bahan bakar
3. Heat  loss akibat  penguapan  kelembapan  pada bahan bakar
4. Heat  loss pada  kelembapan  di  pembakaran udara
5. Heat loss pada pembakaran tidak sempurna
6. Heat loss pada radiasi, dan lain lain Sehingga  dapat  dihitung  dengan  rumus berikut:
E𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛𝑠𝑖 𝑏𝑜𝑖𝑙𝑒𝑟 = 100 − total panas yang hilang (2)
Dimana:
Efisiensi boiler = jumlah bahan bakar yang tidak  terbakar  bersamaan  dengan  jumlah udara sisa pembakaran (%)
Total panas yang hilang = total panas yang hilang dari boiler (%)
Boiler yang  digunakan  menggunakan  sumber panas dari bahan bakar batubara. Batubara adalah salah satu sumber energi di dunia. Batubara adalah campuran  yang  sangat  kompleks  dari  zat  kimia organik  yang  mengandung  karbon,  oksigen,  dan hidrogen dalam sebuah rantai karbon [5]. Menurut Undang-undang  Nomor  4  tahun  2009  tentang mineral  dan  batubara,  batubara  merupakan endapan  senyawa  organik  karbonan  yang terbentuk  secara  alamiah  dari  sisa  tumbuh- tumbuhan  dan  bias  terbakar.  Dalam  pengertian lain,  batubara  adalah  batuan  sedimen  (padatan) yang dapat terbakar, berasal dari tumbuhan, serta berwarna  cokelat  sampai  hitam,  yang  sejak pengendapannya  terkena  proses  fisika  dan  kimia yang menjadikan kandungan karbonnya kaya [6].
Tingkat  perubahan  yang  dialami  batubara, dari  gambut  sampai  menjadi  antrasit  memiliki
hubungan  yang  penting  dan  hubungan  tersebut disebut  sebagai  ‘tingkat  mutu’  batubara [7]. Batubara dengan mutu yang lebih tinggi umumnya lebih keras dan kuat dan seringkali berwarna hitam cemerlang  seperti  kaca.  Batubara  dengan  mutu yang lebih tinggi memiliki kandungan karbon yang lebih  banyak,  tingkat  kelembaban  yang  lebih rendah dan menghasilkan energi yang lebih banyak seperti  yang  ditunjukkan  pada  Tabel  1.  Antrasit adalah batubara dengan mutu yang paling baik dan dengan demikian memiliki kandungan karbon dan energi yang lebih  tinggi serta tingkat kelembaban yang lebih rendah [7].
Tabel 1. Tingkatan Kualitas Batubara [8] No Jenis Batubara Nilai Kalori Kkal/kg 1. Gambut 300-2000 2. Lignit 2400-4800 3. Subbituminous 4600-6400 4. Bituminous 5700-8300 5. Anthracite 6200-7900
Secara teoritis, siklus uap Carnot adalah siklus tenaga uap paling efisien yang beroperasi di antara dua  reservoir  suhu.  Siklus  uap  Carnot  terdiri  dari empat proses berikut: [9].
Gambar 1. Carnot vapor cycle [9 ] 1-2 kompresi isentropik 2-3 penambahan panas isotermal 3-4 ekspansi isentropik 4-1 penolakan panas isothermal
Siklus Rankine merupakan siklus Carnot yang dimodifikasi untuk mengatasi kesulitan pada siklus Carnot saat fluida kerja berupa uap. Dalam  siklus Rankine,  proses  pemanasan  dan  pendinginan terjadi pada tekanan konstan. Siklus Rankine dasar terdiri dari empat proses berikut:
Gambar 2. Basic Rankine cycle [9]
1-2 Kompresi isentropik 2-3 Penambahan panas isobarik 3-4 Ekspansi isentropik
4-1 Menghilangkan panas isobaric
Efisiensi termal dari siklus tersebut:
η = W net Q 23 = Q net Q 23 = 1 − Q 41 Q 23 = 1 − (h 4 −h 1 ) (h 3 −h 2 ) (3)
Dimana: ɳ = Efisiensi termal (%) h = entalpi (kJ/Kg)

## 2. Metodologi Penelitian
Untuk metodologi pada penelitian ini, peneliti melakukan hal sebagai berikut:
1. Mencatat  nilai  tekanan  dan  suhu  pada mainsteam, nilai tekanan dan suhu feedwater, jumlah pemakaian batubara, jumlah steam yang dihasilkan,  persentase  O 2 yang  dihasilkan,  dan kandungan  ultimate  analysis  pada  batubara yang  akan  digunakan  sebagai  variable  pada penelitian.
2. Melakukan  pengelompokan  data  batubara berdasarkan shipment batubara, yaitu batubara dengan shipment 2009075 shipment 1912028, dan shipment 2008069.
3. Setelah  peneliti  mendapatkan  data  yang dibutuhkan, peneliti selanjutnya mengolah data yang ada untuk mendapatkan data entapi, LHV,
HHV, efisiensi boiler , dan presentase excess air . 4. Selanjutnya, peneliti membuat grafik dari data yang  telah  dihitung  agar  dapat  dianalisa.  Hasil dari  analisa  tersebut  kemudian  akan  dibuat sebuah  keismpulan.  Penarikan  kesimpulan dimaksudkan untuk memperjelas hasil penalran ilmiah dengan memberikan pernyataan singkat tentang hasil penelitian.

## 3. Hasil dan Pembahasan

## Analisis Entalpi Pembakaran Batubara
Menggunakan data produksi yang diambil saat menggunakan batubara shipment 2009075
shipment 1912028, dan shipment 2008069 selama
14  hari.  Mencari  entalpi  yang  belum  diketahui, maka dilakukan perhitungan
interpolasi menggunakan  tabel  A-4  Saturated water- Temperature Tabel  dan  A-6 Superheated  water . Rumus interpolasi:
Y = Y 1 + (X−X 1 ) (X 2 −X 1 ) × (Y 2 − Y 1 )
Perhitungan HHV dan LHV dalam perhitungan ini  menggunakan  data  hasil  analisis  ultimate. Menggunakan data yang diambil dari hasil analisa ultimate  pada  batubara shipment 2009075 shipment 1912028,  dan shipment 2008069,  maka kita dapat menentukan LHV pada batubara.
Mencari  nilai high  heating  value (HHV)  dan low  heating  value (LHV)  yang  belum  diketahui, maka  terlebih  dahulu  mencari  ultimate  analisis pada  batubara  yang  kemudian  digunakan  untuk mencari HHV dengan rumus berikut.
HHV = 33950C + 144200 (H 2 − O 2 8 ) + 9400S LHV = HHV − 2400(M + 9H 2 )
Analisis Efisiensi Boiler
Menggunakan  hasil  dari  perhitungan  LHV, entalpi  uap,  entalpi  air,  jumlah  pemakaian  bahan
bakar  dan  jumlah  pemakaian  uap,  maka  didapat efisiensi dari boiler unit 1.
Mencari nilai efisiensi boiler unit 1 yang belum diketauhi,  maka  dapat  digunakan  dengan  rumus efisien  metode  langsung.  Berikut  rumus  efisiensi metode langsung.
𝜂 = 𝑀 𝑠𝑡𝑒𝑎𝑚 ×(ℎ 𝑢𝑎𝑝 −ℎ 𝑎𝑖𝑟 ) 𝑀 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 ×𝐿𝐻𝑉 × 100 Dimana: ɳ = efisiensi (%) M steam = jumlah pemakaian steam (kg/hour) M bahan Bakar =  jumlah  pemakaian  batubara (kg/hour) h uap = entalpi uap (kJ/Kg) h air = entalpi air (kJ/Kg) LHV = nilai kalor batubara (kJ/Kg) Analisa  Perbandingan  Efisiensi  dengan  Low Heating Value (LHV)
Setelah  dilakukan  perhitungan  LHV  dan Efisiensi  pada boiler unit  1,  maka  didapat  grafik perbandingan  antara  efisiensi  dan  LHV.  Lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3. Analisa perbandingan efisiensi dan LHV
Pada  grafik  perbandingan  antara  nilai  LHV dengan efisiensi terlihat pada hari ke-1 samapai ke- 4  nilai  LHV  stabil  diangka  23,183.90  kJ/Kg. Sementara  di  hari  ke-5  mengalami  kenaikan menjadi 23,279.20 kJ/Kg, dan di hari ke-9 nilai LHV mengalami  kenaikkan  kembali  menjadi  23,916.31 kJ/Kg.  Untuk  nilai  efisiensi  naik-turun  setiap  hari dikarenakan  massa  batubara  atau  konsumsi batubara  yang  digunakan  juga  naik-turun  setiap harinya. Pada grafik diatas menunjukkan jika nilai LHV  naik  maka  nilai  efisiensi  akan  naik.  Efisiensi 62.98%,  63.13%,  dan  65.54%  didapat  dari perhitungan rata-rata pada nilai LHV yang berbeda.

## Analisis Excess air
Perhitungan excess  air dalam  analisis  ini menggunakan  data  daily  produksi.  Menggunakan
62.98 63.13 65.54 61 62 63 64 65 66 23,183.90 23,279.20 23,916.31 Ef isi e n si ( % ) LHV (kJ/kg)
data yang diambil dari daily report produksi boiler unit  1,  maka  kita  dapat  menghitung  persentase excess air . Mencari nilai persentase excess air yang belum  diketahui,  maka  terlebih  dahulu  mencari data  O 2 content  yang  didapat  dari  indikator  yang terbaca  pada  aplikasi  PIMS.  Setelah  data  O 2 content  sudah  diketahui,  maka  nilai  presentase excess air dapat dihitung menggunakan rumus:
𝐸𝑥𝑐𝑒𝑠𝑠 𝑎𝑖𝑟 % = 𝑂 2 % × 100 21 − 𝑂 2 % Dimana:
Excess air
= persentase oksigen  dalam  fraksi massa  yang  terkandung  di  dalam udara hasil pembakaran (%) O 2
= content oksigent (%)
Setelah  dilakukan  perhitungan  presentase excess  air dan  efisiensi  pada boiler unit  1,  maka didapat  grafik  perbandingan  antara  efisiensi  dan presentase excess  air .  Untuk  lebih  jelasnya  dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Analisa perbandingan efisiensi dan presentase exces air
Dari grafik diatas menunjukkan jka nilai excess air naik, maka nilai efisiensi akan turun. Pada grafik perbandingan  antara nilai efisiensi dengan excess air terlihat  nilai  efisiensi  didapat  65.54%  dengan nilai excess  air 29.07%,  nilai  efisiensi  63.13% dengan  nilai excess  air 31.31%,  dan  nilai  efisiensi 62.98% dengan nilai excess air 31.42%.

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  penelitian  yang  dilakukan  didapat bahwa pengaruh nilai kalor penggunaan batubara terhadap efisiensi dan excess air adalah:
1. Efisiensi boiler meningkat sejalan dengan kulitas batubara yang digunakan. Efisiensi penggunaan batubara shipment 1912028  dengan  nilai  LHV
sebesar 23,916.31 kJ/Kg yang memiliki efisiensi sebesar  65.54%  lebih  tinggi  dibandingkan dengan  batubara shipment 2009075  dengan nilai LHV 23,183.90 kJ/Kg yang memiliki efisiensi sebesar 62.98%.
2. Excess  air yang  digunakan  mempengaruhi efisiensi boiler . Efisiensi boiler tertinggi sebesar 65.54% dicapai pada excess air 29.07%.

## Saran
1. Pada penelitian selanjutnya sebaiknya dilakukan dengan batubara yang memiliki nilai kalor yang lebih bervariasi lagi.
2. Pada penelitian selanjutnya dapat dilakukan uji coba dengan boiler jenis lain.
3. Pada  penelitian  selanjutnya  dapat  dilakukan perhitungan  efisiensi boiler menggunakan metode tidak langsung.

## Daftar Pustaka
[1] W.  Ichwan,  Analisis  Perbandingan  Produksi Energi  Listrik  Terhadap  Konsumsi  Bahan Bakar  Pada  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap (Studi Kasus PLTU Tipe  Stoker Boiler dan  PC Boiler), Kendari, 2020.
[2]   P.  Breeze,  Power  Generation  Technologies, Newnes, 2019.
[3]   M. A. Malek, Power Boiler Design, Inspection, and  Repair:  Per  ASME  Boiler  and  Pressure, McGraw-Hill Education, 2005.
[4]   A.  R.  Mallick,  Practical  Boiler  Operation Engineerng  and  Power  Plant,  Delhi:  PHI Learning Private Limited, 2014.
[5]   I. Arif, Batubara Indonesia, Gramedia Pustaka Utama, 2014.
[6]   S. Batubara dan Gambut, Yogyakarta: Gadjah Mada University Press, 2014.
[7]   WCI, Sumber Daya Batubara: Tinjauan Lengkap Mengenai Batubara, 2005.
[8]   B. Bono and W. Wahyono, Analisis Konsumsi Batubara  Spesifik  Ditinjau  dari  Nilai  Kalor Batubara  Dan  Perubahan  Beban  Di  PLTU Tanjung Jati B Unit 2, Semarang, 2017.
65.54 63.13 62.98 61 62 63 64 65 66 29.07 31.31 31.42 Ef isi ensi ( % ) Presentase Excess air (%)
[9]   C.  Wu,  Thermodynamics  and  heat  powered cycles:  a  cognitive  engineering  approach, Nova Publishers, 2007.
[10]  R. Kodri, Efisiensi Termal Steam Power Plant Ditinjau  Dari Variasi Campuran Bahan  Bakar Kerosin  Dan  Crude  Palm  Oil  Pada  Fire  Tube Boiler, Palembang, 2014.
[11]  S. Sunaryo, Uji Eksperimen Pemurnian Biogas Sebagai  Pengganti  Bahan  Bakar  Motor Bensin, Wonosobo, 2014.