## STUDI PENGARUH PENGATURAN BENTUK LIDAH API PADA  BURNER TERHADAP UPAYA PENINGKATAN EFISIENSI PERPINDAHAN PANAS PADA FIRED HEATER - WATER TUBE BOILER
Ambo Intang 1)
1) Staf Pengajar PS.Teknik Mesin-FT.Unitas Palembang, Jl. Tamansiswa No. 261 Palembang ; Email: ambo.intang@gmail.com
Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  mempelajari  fenomena  terbentuknya  Carbon Deposit  pada  bagian  luar  Tube  pada  boiler  pipa  air  untuk  kemudian  mencoba hipotesa  yang  dibuat  sebelumnya  bahwa    Carbon  Deposit  yang  ada  di  sisi  luar Tube  akan  tereduksi  jika  mampu  membentuk  lidah  api  yang  sesuai  dengan kaidah  optimalisasi  penyerapan  panas  pembakaran  oleh  water  tube.  Hal  ini dilakukan  dengan  mengoptimalkan  pengaturan  laju  input  bahan-bakar,  udara pembakaran  dan  steam  injeksi.  Dalam  uji  coba  pada  model  penelitian  Package Boiler  dalam  penelitian  ini,  dilakukan  berbagai  variasi  operasi  dan  pengamatan seperti variasi operasi tanpa dan dengan injeksi steam, variasi operasi tanpa dan dengan  pemanasan  udara  pembakaran,  variasi  operasi  rasio  udara  dengan bahan bakar. Dari hasil pengujian, dapat ditarik kesimpulan bahwa hipotesa yang dibuat sebelumnya adalah terbukti benar dimana dengan berbagai variasi operasi terutama  dengan  menginjeksikan  steam  pada  burner  dan  ruang  bakar  (furnace) mempengaruhi  bentuk  lidah  api  yang  sesuai  dengan  kebutuhan  operasi  boiler sehingga terjadi penurunan laju pembentukan carbon deposit sebesar 49,5% dan terbukti  bahwa  total  delta  entalphy  yang  dibutuhkan  bagi  reaksi  steam  dengan Carbon  Deposite  /  berat  adalah  lebih  kecil  dari  panas  yang  dibutuhkan  bagi produksi  injeksi  steam  /  berat  tadi.  Secara  jelas  hal  ini  dibuktikan  dengan terjadinya  kenaikan efisiensi perpindahan panas sebesar 2,45 %. Dan terjadinya penurunan    konsumsi  bahan  bakar  model  Package  Boiler,  yaitu  untuk menghasilkan  Superheated  Steam  dengan  kapasitas,  tekanan  dan  temperatur yang sama, konsumsi bahan bakar pada pola operasi dengan injeksi steam 20% lebih  kecil  dibandingkan  konsumsi  bahan  bakar  pada  pola  operasi  tanpa  Injeksi Steam.  Disisi  lain,  Perbaikan bentuk lidah  api  pembakaran  dengan  pengijeksian steam  pada  burner  karena  dapat  mengeliminir  input  udara  pembakaran  dengan meningkatnya  flowrate  steam  injeksi,sehingga  dapat  dikatakan  bahwa  terdapat kecendrungan  input  aliran  udara  pada  burner  tidak  dibutuhkan  lagi  pada  proses pembakaran  heavy  fuel  oil  dengan  injeksi  steam  karena  berat  jenis  udara  yang lebih ringan dari berat jenis steam memungkinkan api pembakaran lebih pendek dan  carbon  deposit  menerima  momentum  dan  waktu  pembakaran  yang  lebih lamasehingga penyerapan panas oleh air umpan boiler tidak mengalami tahanan termal yang tinggi.
Kata Kunci: Fired Heater, Boiler, Water Tube, Carbon Depsit, Lidah Api, Injeksi Steam

## 1. PENDAHULUAN
Penggunaan  berbagai  bentuk  energi pada  Kilang  Minyak  atau  Unit  Pembangkit Listrik  yang  paling  dominan  adalah  Energi Panas.  Proses  Destilasi  yang  merupakan proses  awal  pemisahan  Minyak  Mentah menjadi  fraksi-fraksi  gasolin  dan  lainnya membutuhkan  energi  panas  dalam  jumlah yang cukup besar untuk menaikkan temperatur Minyak Mentah sehingga dapat mencapai Titik Didihnya (Boiling Point).
Sebagai  contoh,  fraksi  Gasolin  akan memisahkan  diri  dari  fraksi  di  Minyak  Mentah pada  suhu  30-210 0 C,  Naptha  pada  suhu  100- 200 0 C,  Diesel  dan  Heavy  Fuel  Oil  pada  160- 400 0 C  dan  seterusnya  sampai  pada  fraksi terberat seperti vacum residu yang membutuhkan  energi  panas  yang  lebih  besar dapat memisahkan diri pada temperatur diatas 650 0 C.
Peralatan  Kilang  yang  dipergunakan dalam  usaha  peningkatan  temperatur  Minyak Mentah    tersebut  adalah  Furnace  yang
memakai  berbagai  bentuk  energi  fosil  seperti Fuel  Gas,  Heavy  Fuel  Oil,  Kerosine,  dan  lain- lain sebagai bahan bakarnya.
Disamping Furnace, Boiler adalah peralatan kilang lainnya  yang sangat vital baik dalam  pemakaian  maupun  dalam  penentuan biaya
operasi pembangkitan. Pada pembangkitan  listrik    51,46  MW  dan  efisiensi Boiler  85%  dibutuhkan  aliran  massa  bahan bakar  14300  kg/jam  fuel  oil,  sehingga  dalam 24  jam  beroperasi  dibutuhkan  343,2  Ton  fuel oil.  Peningkatan  1  %  saja  efisiensinya  sudah sangat berpengaruh pada pengurangan pemakaian bahan bakar.
Boiler  adalah  peralatan  penghasil  Steam. Panas  yang  diperoleh  dari  reaksi  pembakaran bahan  bakar  akan dipindahkan melalui proses radiasi  dan  konveksi  ke  Boiler  Feed  Water (BFW)  sampai  diperoleh  Steam  baik  dengan kualitas  Saturated  maupun  sampai  dengan Superheated Steam.
Boiler  dapat  dikelompokkan  menjadi  dua yaitu  Fire  Tube  Boiler  dan  Water  Tube  Boiler. Pada  Fire  Tube  Boiler,  api  pembakaran  atau gas  panas  berada  didalam  Tube  sedangkan pada  Water  Tube  Boiler,  api  atau  gas  panas tersebut berada diluar Tube. Dengan kata lain proses pada Fire Tube Boiler adalah kebalikan dari Water Tube Boiler.
Fire  Tube  Boiler  biasanya  dipilih  untuk penggunaan skala kecil seperti untuk kebutuhan  Loundre  pada  Rumah  Sakit  dan industri  rumah  tangga.  Sedangkan  untuk kebutuhan  skala  besar  seperti  kebutuhan Industri  maka  Water  Tube  Boiler  menjadi pilihan. Steam yang diperoleh dari Water Tube Boiler  akan  dipakai  untuk  beberapa  keperluan seperti :
- Sebagai Fluida penggerak Blade pada Steam Turbin  yang  disambung      dengan  Pompa, Kompresor dan Generator.
-  Sebagai  Fluida  pemanas  untuk  proses Reforming,  Cracking  dan  pertukaran  panas (Heat Exchanger) pada Kilang.
Permasalahan  yang  sering  dijumpai pada  Fired  Heater  dapat  dikelompokkan menjadi  tiga  bagian  besar  yaitu  Operasi, Pemeliharaan  dan  Perpindahan  Panas  yang kurang  baik.  Permasalahan  operasi  yang paling  dominan  adalah  proses  pembakaran yang  tidak sempurna sebagai akibat dari tidak sempurnanya rasio udara-bahan bakar, pengaturan bentuk lidah api (flame) yang tidak memadai  dan  serangkaian  permasalahan lainnya  yang  berhubungan  dengan  proses pembakaran.  Permasalahan  operasi  lainnya adalah  kerusakan  atau  menurunnya  kinerja dari  berbagai  peralatan  instrumen  yang mengontrol  setiap  aktivitas  yang  ada  di  Fired Heater dan permasalahan pada kualitas Boiler
Feed  Water  yang  kurang  baik  yang  dapat membentuk scaling didalam Tube.
Pada aktivitas pemeliharaan Fired Heater, juga dijumpai berbagai bentuk masalah seperti bocor  atau  pecahnya  Tube  dari  Fired  Heater yang mengalami Hot Spot pada permukaanya. Masalah  lain  adalah  kerusakan  pada  Tip Nozzel    Burner  yang  memiliki  andil  besar didalam  menurunkan  kinerja  Fired  Heater. Disamping  kerusakan  peralatan  inti  Fired Heater  tersebut,  permasalahan  pemeliharaan lainnya  terdapat  pada  beberapa  peralatan penunjang  seperti  Pompa  Bahan  Bakar, Pompa  BFW,  Blower,  Air  Preheater  dan Isolasi.
Serangkaian  penelitian  yang  bertujuan mendukung  usaha  peningkatan  efisiesnsi Fired  Heater  sudah  sejak  lama  dan  banyak sekali dilakukan. Diantara yang terbaru adalah Herbert L. Berman pada tahun 1978 mempublikasikan “How to reduce your fuel bill” dengan  beberapa  program  efisiensi  yaitu program optimasi bagi penurunan penggunaan excess  air  (udara  pembakaran),  optimasi perpindahan panas konveksi, pemanasan awal udara pembakaran sampai penggantian system  gas  menjadi  system  cair  pada penyalaan awal Furnace.
Di tahun yang sama, 1978, Jhon C.Wilcox
Jr  yang  merupakan  salah  satu  yunior  dari keluarga  perancang  Boiler  terkenal  yaitu Babcock  & Wilcox  menulis  tentang  “Improving Boiler  Efficiency”  dengan  pernyataan  yang terkenal yaitu “Boiler can produce more steam from less fuel if heat losses are minimized and combustion  is  optimum.  Downtime  will  be reduced with proper water Quality”.
Sebelum  kedua  publikasi  diatas,  pada tahun 1970, Peter von Wiesenthal dan Herbert W  Cooper  mengeluarkan  tulisan  ilmiah berjudul  “Guide  to  Economics  of  Fired  Heater Design” dengan program optimasi pada Heater Configuration,  Combustion  Air  Preheat  dan Optimization of Design.
Dibidang  yang  lain  yang  berhubungan dengan  efisiensi  Fired  Heater,di  tahun  1999, Agustino Frigoli, Giovanni Livraghi dan Mioralli mendaftarkan temuannya berjudul “Process for Determining the Film of Fuel Deposited on the intake  manifold  of  electroinjector  engines  with controlled  ignition”  kepada  United  Stated Patent  dengan  nomor  US0059579A.  Disini dijelaskan  tata  cara  penentuan  ketebalan deposit (Deposite Film) pada dinding luar Tube melalui  penggunaan  suatu  jenis  bahan  bakar yang  bertindak  sebagai  referensi.  Dengan pengamatan  selama  20  detik  operasi  dan skala pengamatan 0,01 detik terhadap beberapa  parameter  konsumsi  bahan  bakar (Fm),  massa  deposit  yang  terbentuk  (Md f ),
total  konsumsi  bahan  bakar  di  10  detik pertama  tadi  (Fi),  jumlah  udara  masuk  (Qi) maka  ketebalan deposit dapat dihitung memakai rumusan sebagai berikut :
= ℎ = ∑ − ( − ) ; − ( − ) = + 2
Pada  tahun  2005  Giampiero  Caronno membuktikan bahwa pengaruh external fouling lebih  besar  dari  pada  internal  fouling  dalam menurunkan  kinerja  dari  fired  heater.  Pada kapasitas  panas  yang  sama  efisiensi  fired heater  menurun  5,9%    untuk  kondisi  external fouling  sedangkan pada  internal fouling  hanya 3,0%  dari  kondisi  fired  heater  yang  masih bersih  dari  fouling.  Hal  ini  juga  diperkuat dengan  kenaikan  temperatur    Stack  dan kenaikan  dari  konsumsi  bahan  bakar  secara signifikan.  Untuk  temperatur  Stack  terjadi kenaikan 100 0 C pada kondisi exsternal fouling tetapi  pada  internal  fouling  kenaikan  yang terjadi  hanya  50 0 C.  Dan  untuk  konsumsi bahan  bakar,  pada  kondisi  external  fouling terjadi  kenaikan  590  kg/h  tetapi  pada  kondisi internal  fouling  kenaikan  konsumsi  bahan bakar hanya 290 kg/h.
Upaya mengoptimasi Fired Heater
dengan memperhatikan tinggi optimum temperatur  udara  pembakaran  oleh  Francis Wildy dari AMETEK suatu perusahaan instrument  proses  pada  tahun  2002,  dapat mereduksi  NOx    sebesar  18%  karena  excess air bisa diturunkan 0,8 % dari kebutuhan pada saat  comisioning.  Hal  ini  dicapai  dengan pemilihan  bahan  bakar  berupa  fuel  gas  dan pengaturan  laju  keluaran  gas  buang  pada stack.
Penelitian  di  bidang  bahan  bakar  yang dibutuhkan  oleh  Fired  Heater  dapat  dilihat pada US Patent 005997592,
yang menerangkan bahwa titik didih Fuel Oil berada di  rentang  temperatur  100-500 0 C,  terdiri  dari 20-45  atom  Carbon  dan  memiliki  Couradson Carbon  Residu  sebesar  10%  wt.  Dinyatakan juga  bahwa  Fuel  Oil  masuk  kedalam  keluarga Midle  Distillate  dengan  kandungan  Sulphur 0,05% wt.
Pengaruh bahan bakar terhadap pembentukan  fouling sangatlah  besar.  Kecuali Gas  Alam,  hampir  setiap  bahan  bakar meninggalkan  deposit  pada  fireside  tubing.  Ini disebut  fouling,  dan  mengurangi  perpindahan panas secara dramatis. Pengujian
menunjukkan  bahwa  dengan  hanya  0,8  mm (0,03  in)  lapisan  jelaga  mengurangi  tebal perpindahan  panas  sebesar  9,5  persen  dan 4,5  mm  (0,18  in)  lapisan,  terjadi  pengurangan sebesar  69  persen.  Akibatnya,  suhu  gas buang dan biaya energi naik.
( http://oee.nrcan.gc.ca/publications/infosource/ pub/cipec/2000 869_Boilers_and_Heat_E.pdf)
Rendahnya  kualitas  perpindahan  panas dari  energi  pembakaran  kepada  fluida  yang dipanaskan  adalah  permasalahan  ketiga  yang sering dijumpai  didalam proses Kilang.
Permasalahan  ini  memiliki  peran  terbesar didalam penentuan biaya produksi Kilang yang dapat  mengakibatkan  harga  produk  Kilang menjadi mahal karenanya.
Salah  satu  penyebab  dominan  dari permasalahan  ini  adalah  penambahan  jumlah deposit  (jelaga)  ataupun  scaling  (endapan) yang  terdapat  didalam  dan  luar  Tube  Fire Heater.  Endapan  yang  terdapat  didalam  Tube biasanya  disebabkan  kualitas  BFW  yang kurang  baik  yang  membawa  berbagai  bentuk impurities didalamnya yang selanjutnya mengendap didinding bagian dalam Tube. Deposit  (jelaga)  yang  menempel  di bagian luar Tube terbentuk akibat pembakaran yang  tidak  sempurna  atau  karena  faktor kandungan  carbon  yang  tinggi  dari  bahan bakar  yang dari pengalaman dan pengamatan penulis  sebelumnya  jelaga  tersebut  berbentuk Carbon Deposit.
1.1  Permasalahan
Permasalahan  utama  Fired  Heater  dari sisi perpindahan panas, operasi dan perawatan  adalah  Carbon  Deposit.  Diketahui kinerja  Fired  Heater  akan  menurun  dengan keberadaan  Carbon Deposit yang tinggi  yang mengakibatkan terhalangnya perpindahan panas  dari  panas  pembakaran  ke  fluida  kerja boiler  dan  panas  tersebut  lebih  banyak terbuang  melalui  cerobong  asap.    Selain  itu berdampak  pada  biaya  perawatan  dan  biaya operasi  yang  tinggi  dalam  penanganan keberadaan  Carbon  Deposit  pada  Fired Heater. Sehingga diperlukan suatu usaha atau pemikiran  bagaimana  cara  mengurangi  dan memanfaatkan Carbon Deposite ini.
Cara  pengurangan  dan  pemanfaatan  Carbon Deposit yang coba diajukan pada penelitian ini adalah  memperbaiki  bentuk  lidah  api  dengan menginjeksikan  steam  kedalam  ruang  bakar Fired  Heater  agar  bereksi  dengan  Carbon Deposit  sehingga  mengakibatkan  timbulnya energi panas tambahan.
Untuk  efektivitas  penginjeksian  steam maka perlu dipertimbangkan laju pembentukan carbon  deposit.  Laju  pembentukan  carbon
deposit yang tinggi maupun yang rendah akan mempengaruhi  efektifitas  penginjeksian  steam dalam  upaya  terjadinya  reaksi  yang  efektif antara  steam  dan  Carbon  Deposit.  Laju pembentukan  Carbon  Deposit  yang  tinggi diperkirakan    akibat  kapasitas  burner  tidak sebanding  dengan  luas  penyerapan  panas bidang  pemanas.  Dalam  hal  ini  berdasarkan pada  penelitian  sebelumnya  yang  telah dilakukan  oleh  Amir  Hamzah  Siagian  dan rekan  pada  tahun  2004,  dimana  obyek penelitiannya sama dengan yang akan dilakukan  pada  penelitian  ini,  membuktikan bahwa dengan injeksi steam berhasil menaikkan  temperatur  ruang  bakar  (furnace), mengurangi  pemakaian  bahan  bakar  sebesar 20%  dan  mengurangi  ketebalan  Carbon Deposite  jika  dibandingkan  dengan  tanpa penginjeksian  steam  sebesar  0,075  mm  dan tebal  Carbon  Deposite  yang  terbentuk  selama 1/2 jam operasi sebesar 0,85 mm, yang berarti bahwa kecepatan pembentukan Carbon Deposit  adalah  sebesar  1,7  mm/jam.  Laju pembentukan  Carbon  Deposite  ini  tergolong tinggi  jika  dibandingkan  dengan  kemampuan dari  proses  injeksi  steam  untuk  mereduksi carbon  deposit  yang  hanya  sebesar  0,075 mm/jam  atau  hanya  4,41  %  dari  Carbon Deposit yang dapat direduksi.
Fenomena  yang  didapat  pada  hasil penelitian  yang  terakhir  ini,  dimana  yang menjadi penyebab tidak
efektifnya penginjeksian steam untuk mengurangi pembentukan  Carbon  Deposit  adalah  karena laju pembentukan carbon deposit begitu tinggi. Sehingga  berdasarkan  data  -  data  yang diperoleh  dari  hasil  penelitian  yang  terakhir ini dan  dengan  didukung  oleh  pustaka  –  pustaka lainnya  yang  tersebut  diatas,  maka  pada penelitian  ini  terlebih  dahulu  akan  diupayakan untuk  mengatasi  laju  pembentukan  carbon deposit yang tinggi tersebut sebelum dilakukan proses penginjeksian steam.
Sebagai  upaya  mengatasi  hal  tersebut pada package boiler yang akan menjadi media penelitian  dalam    tesis  ini,  maka  terdapat beberapa  solusi,  yaitu  kapasitas  burner direduksi, bidang pemanas diperluas, memperpanjang  ruang  bakar  untuk  memberi space  yang  lebih  leluasa  untuk  terjadinya reaksi  antara  bahan  bakar  -  udara  dan  atau dengan mengoptimalkan pengaturan laju  input bahan-bakar,udara  pembakaran  dan  steam injeksi  untuk  mendapatkan  rasio  yang  tepat pada burner.
Jika  bidang  pemanas  diperbesar  dan memperpanjang  space  ruang  bakar  maka  itu berarti  bahwa  kapasitas  boiler  juga  ikut meningkat dan akan diikuti dengan penyesuaian terhadap peralatan-peralatan
penunjangnya.  Demikian  juga  jika  kapasitas burner  diperkecil  selain  butuh  pengerjaan manufaktur  yang  harus  memenuhi  standar- standar  tertentu  juga  terkendala  oleh  sulitnya mencari dan mahalnya material yang tahan api seperti  titanium.  Dengan  pertimbangan   waktu dan biaya yang terbatas  maka pada penelitian ini  yang  akan  dilakukan  adalah  dengan mengoptimalkan pengaturan laju input bahan– bakar,  udara  dan  steam  injeksi  untuk mengoptimalkan  rasio  yang  tepat  pada  burner (Metode  Non  Ivestment  Point).  Secara  fisik dari  metode  ini  nantinya  bisa  dilihat  pada bentuk  lidah  api  (flame)  dari  pembakaran sehingga  pembakaran  bisa  lebih  baik  dan  laju pembentukan carbon deposit dapat diturunkan (Metode Lidah Api). Dengan demikian efektifitas penginjeksian steam terhadap penurunan  laju  pembentukan  carbon  deposit sebagai  upaya  meningkatkan  efisiensi  Water Tube Boiler dapat dicapai.
Selanjutnya  dapat  diidentifikasi  apakah  reaksi injeksi  steam  dengan  Carbon  Deposit    efektif mengurangi konsumsi panas dan bahan bakar di  Fired  Heater.  Dengan  demikian  diketahui apakah  Sistem  Injeksi  ini  efektif  untuk menaikkan Kinerja Fired Heater.

## 2. KONSEP DISAIN PENELITIAN
Seperti  yang  disampaikan  pada  uraian sebelumnya, studi akan ditujukan bagi pembuktian  hipotesa  bahwa  Carbon  Deposit yang  ada  di  sisi  luar  Tube  akan  tereduksi  jika mampu  membentuk  lidah  api  yang  sesuai dengan kaidah optimalisasi penyerapan panas pembakaran  oleh  water  tube,  dengan  cara penginjeksian  steam  pada  burner  water  tube. Carbon Deposit  yang terkumpul diruang bakar water  tube  boiler    akan  bereaksi  dengan Steam  yang  di-injeksikan  untuk  menghasilkan tambahan  panas  pembakaran  dalam  jumlah yang signifikan disamping adanya penambahan  kapasitas  heat  transfer  dari perluasan  bidang  kontak  yang  diperoleh  dari pengurangan  jumlah  atau  lapisan  fouling  di tube  bank  Fired  Heater.  Pembuktian  terbaik bagi  sebuah  hipotesa  apabila  penelitian tersebut  secara  nyata  dengan  memperhatikan hasil  dari  penelitian  yang  telah  dilakukan sebelumnya  terhadap  obyek  penelitian  yang sama berupa model atau replika dari peralatan yang diteliti, berupa  replika Fired Heater yang telah  dibuat  adalah  model  Package  Boiler B&W seri  1986  yang  sering  dijumpai di  Kilang –  kilang  Minyak  atau    Unit  Pembangkit  Listrik Tenaga Uap yang ada di Indonesia.
Dari  hasil  penelitian  sebelumnya,  dengan metode  injeksi  steam  secara  umum  berhasil membuktikan hipotesa tersebut diatas
terutama  dalam  hal  terjadinya  peningkatan total  input  panas  pada  ruang  bakar.  Dalam penelitian yang akan dilakukan, akan diupayakan suatu peluang untuk
meningkatkan  efektifitas  metode  tersebut terhadap  penurunan laju  pembentukan  carbon deposit  dengan  mengoptimalkan  pengaturan laju input bahan-bakar udara dan steam injeksi (metode non-investment point) untuk menghasilkan  rasio  yang  tepat  pada  burner sehingga  pembakaran  bisa  lebih  baik  yang ditandai  secara  fisik  dengan  lidah  api  yang pendek (metode lidah api) dan laju pembentukan carbon deposit dapat
diturunkan.
2.1  Variabel yang diteliti
Dua  proses  thermodinamika  yang  akan diteliti  didalam  studi  ini  adalah  proses pembakaran  dan  proses  perpindahan  panas dari hasil pembakaran bahan bakar ke fireside tube  water  tube  boiler  diperkirakan  yang dominan adalah secara Radiasi.
Baik  untuk  proses  pembakaran  maupun proses  perpindahan  panas,  ada  beberapa fenomena  yang  sangat  menarik  untuk  diteliti yaitu:
-  Fenomena pembentukan dan laju pembentukan Carbon deposit.
-  Fenomena operasi Fired Heater menggunakan  Udara  Pembakaran  yang tanpa dan dengan Pemanasan Awal.
-   Fenomena  operasi  Fired  Heater  tanpa  dan dengan Injeksi Steam.
-   Fenomena reaksi Steam yang di injeksikan dengan Carbon deposit. Untuk melihat atau memprediksi fenomena  didalam  pembentukan  Carbon Deposit,  terlebih  dahulu  akan  dipilih  Fuel  atau bahan  bakar  yang  akan  digunakan  didalam percobaan  ini.  Dengan  memperhitungkan beberapa  alasan  berikut  ini  maka  dipilih  Fuel Oil  yang  akan  digunakan  sebagai  bahan bakar.
-   Fuel  Oil  memiliki  nilai  Carbon  Residu  yang cukup  besar  yaitu  hampir  10%  atau  lebih weight  sehingga  Deposit  yang  akan terbentuk  diprediksi  cukup  besar  dan signifikan mewakili hasil percobaan.
-   Fuel Oil adalah bahan bakar yang terhitung murah  karena  masuk  kedalam  fraksi minyak  berat (residu) dan  umum  dipakai  di Fired Heater.
Dengan  memilih  Heavy  Fuel  Oil  maka hasil  percobaan  nantinya  yang  berisi  metode pengurangan  konsumsi  panas  pembakaran dapat  lebih  mudah  diaplikasikan  di  lapangan (Kilang Minyak / Unit Pembangkit Listrik).
Disamping  parameter  Cauradson  Carbon Residu, properties lain yang harus diperhatikan  adalah  Specific  Gravity  dan Calorific  Value  yang  berhubungan  langsung dengan  perhitungan  entalphy  pembakaran serta  Viscosity  untuk  menentukan  perlu tidaknya  Fuel  Oil  tersebut  dipanaskan  terlebih dahulu sebelum dialirkan ke burner pembakaran.
Variabel  berikutnya  yang  harus  diamati dan  diukur  adalah  ketebalan  fouling  yang memiliki  arti  besarnya  massa  Carbon  Deposit yang  terbentuk  selama  proses  pembakaran perwaktu  (laju  pembentukan  carbon  deposit) dan berapa besar massa deposit yang terpakai didalam proses penambahan
energi pembakaran hasil reaksi injeksi steam dengan Deposit dimaksud.
Untuk  mengamati  variabel  deposit  ini dapat dipakai beberapa alternatif caranya yaitu dengan  memperhatikan  massa  flue  gas  yang keluar  melalui  stack  dan  massa  deposit  yang terbentuk  pada  saat  proses  pembakaran menggunakan  Fuel  Reference  seperti  Fuel Gas  dan  lain-lain.  Cara  lain  adalah  dengan mengukur  lansung  ketebalan  deposit  yang berada  di  tube  dan  ruang  pembakaran  untuk memperhitungkan  secara  aktual  besarnya massa Carbon Deposit yang terbentuk selama proses percobaan berlangsung.
Variabel  lain  yang  cukup  mempengaruhi besarnya  fouling  adalah  kandungan  H 2 O didalam udara pembakaran dimana kandungan tersebut ditandai dengan humadity udara  yang  dipakai  pada  saat  situasi  dan kondisi  cuaca  percobaan.  Untuk  membuktikan hal  ini,  percobaan  nantinya  memperjuangkan dua  variable  yaitu  yang  langsung  berasal  dari air  kompressor  dalam  kondisi  temperatur ruang dan udara pembakaran yang mengalami pemanasan  awal  serta  telah  melewati  satu absorber berisi silica gel yang dapat menangkap  atau  mengurangi  kandungan  H 2 O dalam udara tesebut.
Fenomena didalam proses produksi steam,  dengan  tujuan  akhir  natinya  melihat efektifitas  proses  pembakaran  dengan  dan tanpa  injkesi  Steam  maka  variabel-variabel yang harus diperhatikan adalah :
-  Entalphy  proses  pembentukan  steam  baik pada  pemanasan  awal  (economizer)  maupun pada  saat  pembentukan  Saturated  dan Superheated Steam.
- Entalphy penggunaan bahan bakar (Fuel Oil), Higher  Heating  Value  dan  Lower  Heating Value.
- Entalphy yang terjadi selama proses produksi tanpa dan dengan injeksi steam.
Untuk pengamatan entalphy ini, parameter  operasi  yang  akan  diamati  adalah
variabel Tekanan, Temperatur, Volume, Waktu dengan massa tatap.
Hasil  akhir  dari  proses  pembakaran dengan injeksi steam harus dapat membuktikan  bahwa  Entalphy  yang  ditransfer kedalam  proses  pembuatan  steam  adalah lebih  besar  dari  Entalphy  yang  terkandung dalam Steam yang di-injeksikan.
Jika  hal  tersebut  terjadi  maka  terbukti bahwa  Steam (H 2 O)  yang  di-injeksikan adalah efektif  bereaksi  dengan  Fouling  atau  Carbon Deposit  dan  salah  satu  parameter  yang menyatakan  adalah  kenaikan  panas  ruang bakar  (Furnace  Temperatur)  yang  jauh  lebih besar  dibanding  panas  ruang  bakar  tanpa adanya  proses  injeksi  steam  dan  yang  lebih penting  pengamatan  secara  visual  bahwa semuja perlakuan tersebut dapat menunjukkan lidah api yang lebih pendek.
2.2  Deskripsi Proses
Untuk  melaksanakan  penelitian  ini,  telah didesain dan dibangun sebuah repilika Package  Boiler  kapasitas  produksi  steam  50 kg/jam  berkualitas  Superheated  Steam,  P  =  4 kg/cm 2 dan T = 380 0 C.
Konstruksi  replika  Package  Boiler  dibuat dengan  metode  scale  up  terhadap  equipment Package Boiler sesungguhnya dengan kelengkapan  peralatan  utama  dan  peralatan penunjang.
Peralatan  utama  terdiri  dari  Superheater
Tube
Bank, Saturated Tube Bank, Economizer, Steam Drum, Burner, Boiler Feed Water  Tank  &  Pump,  Fuel  Oil  Tank  &  Pump dan Air Compressor.
Peralatan  penunjang  adalah  Forced  Draft Fan  yang  terletak  di  Stack  Boiler,  system pemanas  Fuel  Oil  dan  Udara  pembakaran serta  beberapa  alat  monitor  instrument  (Flow meter, Pressure Indicator, Temperature
Indicator),  beberapa  alat  safety  (Pressure Safety  Valve  dan  Check  Valve)  dan  beberapa fitting perpipaan (gate valve,dll).
Proses operasi Boiler dimulai dari pemasukan Boiler Feed  Water dengan menggunakan BFW Pump
ke arah Economizer untuk menerima pemanasan awal. Economizer  bekerja  dengan  menggunakan sisa  panas  yang  dibawa  Flue  Gas  kearah Stack  dengan  system  perpindahan  panas adalah konveksi.
Dari  Economizer,  fluid  mengalir  ke  steam drum  dengan  pengamatan  level  Steam  Drum adalah  70-80%.  Selanjutnya,  sebagian  uap yang  terkumpul  di  Steam  Drum  tersebut  akan mengalir kearah Satrated Bank dan Superheated  Bank  untuk  menerima  panas lanjutan  dari  reaksi  pembakaran  yang  ada  di
Burner secara Radiasi. Steam yang dihasilkan dari  peoses  ini  berkualitas  Superheated Steam,  dengan  tekanan  4  kg/cm 2 dan temperature 380 0 C. Reaksi yang terjadi di Burner menggunakan  bahan  bakar  Fuel  Oil  yang dipompakan  oleh  Fuel  Oil  Pump  dari  Fuel  Oil Tank  setelah  sebelumnya  Fuel  Oil  dimaksud dipanaskan sampai 70-80 0 C agar viskositanya cukup untuk  dialirkan dan mampu membentuk kabut bahan bakar di Tip Nozzel Burner.
Udara  pembakaran  dikompresi  oleh  Air Compressor dan dilengkapi sarana pemanasan  menggunakan  coil  melewati  Fuel Oil  Tank  untuk  pola  operasi  Boiler  dengan udara pembakaran yang dipanasi sebelumnya. Peralatan  control  dan  safety  yang  ada  di Boiler  adalah  Flow  Meter,  Pressure  Indicator, Temperature  Indicator,  Pressure  Safety  Valve dan  Check  Valve  yang  diletakkan  pada tempat-tempat
yang akan dilakukan pengamatan parameter penelitian pada penelitian ini.
Gambar 1. Flow Sheet Model Penelitian Package Boiler 2.3  Metoda  Pengamatan  dan  Pengambilan Data
Untuk  pengamatan  dan  pengambilan Data,  pola  operasi  Model  Penelitian  Boiler dibuat dalam beberapa variasi, yaitu :
1.  Operasi  Boiler  dengan  udara  pembakaran tanpa dipanasi sebelumnya
2.  Operasi  Boiler  dengan  udara  pembakaran dengan pemanasan sebelumnya
3.  Oprasi Boiler tanpa Injeksi Steam
4.  Operasi Boiler dengan Injeksi Steam
5.  Operasi  Boiler  dengan  variasi  rasio  bahan bakar – udara dan injeksi steam
Sesuai dengan tujuan dan maksud pelaksanaan  Penelitian  ini  maka  data-data yang diambil adalah :
1.  Visualisasi bentuk lidah api pada tiap variasi operasi
2.  Data  operasi  boiler  yaitu  P  dan  T  pada Steam  Drum,  Ruang  Pembakaran  dan Superheated Bank.
3. Data produk Boiler  yaitu Flow rate, P dan T dari Saturated dan Superheated Steam
4.  Data  feet  boiler  yaitu  Flow  rate,  P,  T  dari Boiler  Feed  Water,  Rasio  Bahan  bakar (Fuel  Oil)  -Udara  pembakaran  dan  Steam Injeksi
5.  Data  ketebalan  fouling atau  Carbon Deposite  di  Saturated  dan  Superheated
Tube  pada  Operasi  Tanpa  dan  Dengan Injeksi Steam.
2.4  Metode Analisa Hasil
Hasil uji coba dianalisa melalui perhitungan-perhitungan
Thermodinamika dengan  penggambaran  trend  data  (grafik) sebagai berikut :
1. Hubungan antara temperatur Furnace tanpa injeksi  steam  terhadap  waktu operasi  pada variasi  pola  suplai  udara  pembakaran dengan pemanasan dan tanpa pemanasan.
2.  Hubungan antara temperatur furnace dengan  injeksi  steam  terhadap  waktu operasi  pada  variasi  pola  suplai  udara pembakaran dengan pemanasan dan tanpa pemanasan.
3.  Hubungan antara Entalphy Saturated Steam  tanpa  injeksi  steam  terhadap  waktu operasi  pada  variasi  pola  suplai  udara pembakaran dengan pemanasan dan tanpa pemanasan
4.  Hubungan antara Entalphy Saturated
Steam  dengan  injeksi  steam  terhadap waktu  operasi  pada  variasi  pola  suplai udara  pembakaran  dengan  pemanasan dan tanpa pemanasan
5.  Hubungan  antara  Entalphy  Superheated Steam  tanpa  injeksi  steam  terhadap  waktu operasi  pada  variasi  pola  suplai  udara pembakaran dengan pemanasan dan tanpa pemanasan.
9.  Hubungan  antara  Entalphy  Superheated Steam  dengan  injeksi  steam  terhadap waktu  operasi  pada  variasi  pola  suplai udara  pembakaran  dengan  pemanasan dan tanpa pemanasan
10. Hubungan  antara  temperatur  Stack  tanpa injeksi  steam  terhadap  waktu operasi  pada variasi  pola  suplai  udara  pembakaran dengan pemanasan dan tanpa pemanasan.
11. Hubungan  antara  variasi  rasio  bahan bakar-  udara  dan  flowrate  steam  injeksi terhadap temperature Furnace.
12. Hubungan  antara  ketebalan  jelaga  dengan operasi  tanpa  injeksi  steam  dan  pola operasi  suplai  udara  pembakaran  tanpa pemanasan  serta  operasi  dengan  injeksi
steam  dan  pola  operasi  suplai  udara pembakaran dengan pemanasan.
13.Hubungan  antara  variasi  operasi  dengan efisiensi thermal boiler.

## Gambar Peralatan Penelitian
Gambar 2. Peralatan Model Penelitian
Package Boiler
Gambar 3.   Burner, Inlet Line Fuel dan Udara
Gambar 4. Steam Drum dan Peralatan Pengukur & Pengendali
Gambar 5. Compressor, Electrical Panel on- off,Fuel Oil Pump,Steam Product Flow Meter dan Fuel Oil Tank

## VOLUME 6, NOMOR 2,  OKTOBER 2014
Gambar 7. Steam Drum Storage untuk Injeksi Steam pada Burner
Gambar 8. Cerobong Asap, Blower dan Boiler Feed Water Pump
Gambar 4. Ruang Pembakaran dan Tube Bank (Radian Bank &
Convection Bank) dan Bentuk Lidah Api (Flame) Pembakaran
3. ANALISA  HASIL  PENGARUH  REAKSI INJEKSI  STEAM  -  CARBON  DEPOSIT
TERHADAP KINERJA FIRED HEATER Basis  operasi  untuk  penelitian  ini  adalah kondisi  produk  Superheated  Steam  telah berada pada tekanan 4 kg/cm 2 dan temperature  380 0 C.  Setelah  proses  kenaikan temperatur  dan  tekanan  menghasilkan  Steam dengan  kondisi  tersebut  dan  berlangsung konstan,  begitu  pula  dengan  flow  steam  yang dibuka  keluar  dengan  flow  Boiler  Feed  Water telah  mencapai  kesetimbangan,  dalam  arti level  Steam  Drum  tetap  pada  80%  dan  tidak terjadi peristiwa Water Hammer maka pengamatan terhadap berbagai parameter dan variasi  operasi  seperti  yang  disebutkan  pada bagian  metode  pengamatan  dan  pengambilan data, dilakukan. Ada beberapa informasi yang dapat disampaikan  dari  pelaksanaan  uji  coba berlangsung :
-  Pada  saat  injeksi  steam  dilakukan  terlihat bahwa  lidah  api  lebih  pendek  dan  temperatur
Furnace  akan  jauh  lebih  panas  dibandingkan tanpa  pemanasan  steam  bahkan  di  beberapa kali percobaan kenaikan ini cukup ekstrem,tetapi  yang  menarik  adalah  kenaikan tersebut  cenderung  menurun  dan  ini  berarti bahwa  telah  terjadi  penyerapan  panas  oleh fluida kerja boiler.
-  Injeksi  steam  selain  dapat  meningkatkan panas  pada  ruang  pembakaran/furnace  juga dapat  mengurangi  terbentuknya  jelaga  pada diding tube superheater sehingga kemungkinan  terhambatnya  transfer  panas yang  melalui  tube  –  tube  superheater  pada daerah  radiasi  flame  pembakaran  akan  dapat dihindari.
-  Untuk  pengujian  yang  dilakukan  dengan injeksi  steam  selain  meningkatkan  temperatur ruang  bakar  juga  meningkatkan  temperatur cerobong  asap  (stack),hal  ini  berarti  bahwa adanya  penambahan  aliran  panas  keluar melalui  stack.  Untuk  mengatasi  masalah  ini maka pada operasi dengan injeksi steam tidak perlu  mengaktifkan  blower  secara  penuh, supaya  flue  gas  lebih  lama  kontak  dengan bidang  pemanasan  dan  carbon  deposit  bisa lebih  banyak  yang  bereaksi  dengan  steam injeksi.
- Pemanasan awal (preheating) yang dilakukan terhadap udara pembakaran sebelum  masuk  furnace  ternyata  memberikan pengaruh  terhadap  peningkatan  temperatur ruang pembakaran,
fenomena ini menggambarkan bahwa dengan adanya pemanasan terhadap udara maka secara tidak langsung  dapat  meningkatkan  energi  molekul- molekul  udara  tersebut  sehingga  kinetika
potensial  molekul  udara  sebagai  reaktan dalam  operasi  pembakaran  akan  meningkat dan  pada  akhirnya  akan  meningkatkan efisiensi pembakaran.
- Kenaikan rasio udara-bahan bakar menyebabkan  temperatur  Furnace  mengalami penurunan,  akan  tetapi  dengan  semakin naiknya  flowrate  steam  injeksi  temperatur Furnace  juga  meningkat.  Hal  ini  membuktikan bahwa  operasi  dengan  injeksi  steam  pada burner  efektif  untuk  mengurangi  pemakaian bahan  bakar  karena  dengan  injeksi  steam tersebut dapat mengurangi volume pemakaian bahan-bakar  dan  pembakaran  yang  terjadi bisa lebih baik sehingga dapat mengurangi laju pembentukan carbon deposit. - Efisiensi perpindahan panas boiler meningkat secara  tajam  terhadap  variasi  operasi  dengan injeksi  steam  dan  dengan  pemanasan  udara pembakaran  (DIS-DPUP)  bila  dibandingkan dengan operasi tanpa injeksi steam dan tanpa pemanasan undara  pembakaran  (TIS-TPUP) . Yang berarti bahwa injeksi steam  pada burner dan  water  tube  efektif  untuk  meningkatkan efisiensi thermal boiler.
Dari  beberapa  informasi  diatas  yang merupakan hasil dari pengamatan langsung di lapangan dan dari hasil pengolahan data yang bisa  dilihat  pada  gambar  berikut  yang merupakan  hubungan  antara  variabel  – variabel  yang  terlibat  sehingga  pada  akhirnya akan  didapatkan  suatu  hasil  analisa  performa fired-heater  (Boiler)  dan  kesimpulan  yang merupakan inti dari penelitian ini.
0 100 200 300 400 500 600 0 20 40 Te mperatur Furnace (C 0 ) Waktu (T)
Gambar 9. Hubungan Antara Temperatur
Furnace (C 0 ) Lidah api panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan Dengan Lidah Api
Pendek (Injeksi Steam) terhadap Waktu Operasi pada Suplai Udara yang Tidak Dipanaskan TF Tanpa Injeksi Steam TF Dengan Injeksi Steam
0 50 100 150 200 0 10 20 30 40 Te mperatur Saturate d Stea m (C0 )

## Waktu Operasi (T)
Gambar 10. Hubungan Antara Temperatur Saturated Steam Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan Dengan Lidah Api Pendek (Injeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi pada Suplai Udara yang Tidak
Dipanaskan Tsat Tanpa Injeksi Steam Tsat Dengan Injeksi Steam 0 200 400 600 0 20 40 Enthalpy Saturate d Steam ( kJ/kg) Waktu Operasi (menit)
Gambar 11. Hubungan Antara Enthalpy Saturated Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan
Dengan Lidah Api Pendek (Injeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi Pada Suplai Udara yang Tidak Dipanaskan Enthalpy Sat.Tanpa Injeksi Steam Enthalpy Sat.Dengan Injeksi Steam 0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 40 Te mperatur Superheated Steam (C 0 ) Waktu Operasi (menit)
Gambar 11. Hubungan Antara Temperatur Superheated Steam Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan Dengan Lidah Api Pendek (Injeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi pada Suplai Udara yang Tidak Dipanaskan Tsup Tanpa Injeksi Steam
Tsup Dengan Injeksi Steam
2700 2800 2900 3000 3100 0 20 40 Enthalpy Superhe ated Steam (kJ/kg)

## Waktu Operasi (menit)
Gambar 12. Hubungan Antara Enthalpy Superheated Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan Dengan Lidah Api Pendek (Injeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi pada Suplai Udara yang Tidak Dipanaskan
Enthalpy Sup.Tanpa Injeksi
Steam Enthalpy Sup.Dengan Injeksi Steam 0 100 200 300 0 20 40 Temper atur Stack (C 0 )

## Waktu Operasi (menit)
Gambar 13. Hubungan Antara Temperatur Stack Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan Dengan Injeksi Steam Terhadap Waktu Oprasi pada Suplai Udara yang Tidak Dipanaskan
TS Tanpa Injeksi Steam
TS Dengan Injeksi Steam 0 200 400 600 800 0 10 20 30 40 Temper atur Furnace (C 0 ) Waktu Operasi (menit)
Gambar 14. Hubungan Antara Temperatur Furnace Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan Dengan Lidah Api Pendek (Injeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi Pada Suplai Udara yang Dipanaskan
TF Tanpa Injeksi Steam
TF Degan Injeksi Steam 0 50 100 150 200 0 10 20 30 40 Temper atur Saturated Steam (C0) Waktu Operasi (menit)
Gambar 15. Hubungan Antara Temperatur Saturated Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan Dengan ILidah Api Pendek (njeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi pada Suplai Udara yang Dipanasan
Tsat Tanpa
Injeksi Steam Tsat Dengan Injeksi Steam
0 200 400 600 0 10 20 30 40 Enthalpy Saturated Steam (kj/kg) Waktu Operasi (menit)
Gambar 16. Hubungan Antara Enthalpy Saturated Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan Dengan Lidah Api Pendek (Injeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi Pada Suplai Udara yang Dipanaskan
Enthalpy Sat.Tanpa Injeksi Steam Enthalpi Sat.Dengan Injeksi Steam 0 100 200 300 400 500 0 10 20 30 40 Temper atur Superhe ated Steam (C0)

## Waktu Operasi (menit)
Gambar 17. Hubungan Antara Temperatur Superheated Steam Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam )dan Dengan Lidah Api Pendek (Injeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi pada Suplai Udara yang Dipanaskan
Tsup Tanpa Injeksi Steam
Tsup Dengan Injeksi Steam 2600 2800 3000 3200 3400 0 10 20 30 40 Enthalpy Superhe ated Steam (kJ/kg) Waktu Operasi (menit)
Gambar 18. Hubungan Antara Enthalpy Superheated Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dan dengan Lidah Api Pendek (Injeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi Pada Suplai Udara yang Dipanaskan
Enthalpy Sup.Tanpa Injeksi Steam 0 50 100 150 200 250 0 10 20 30 40 Temper ature
Stack (C0)
Waktu Operasi (menit)
Gambar 19.  Hubungan Antar Temperature Stack Lidah Api Panjanga (Tanpa Injeksi Steam) dan Lidah Api Pendek (Dengan Injeksi Steam) Terhadap Waktu Operasi pada Suplai Udara Pembakaran Yang Dipanaskan
TS Tanpa Injeksi Steam
TS Dengan Injeksi Steam
Performa  kerja  biler  dapat  dieveluasi melalui  metode  analisa  kinerja  boiler  dengan metode  langsung  dan  tidak  langsung.  Metode langsung  dikenal  juga  dengan  metode  input  – output karena kenyataannya bahwa metode ini hanya  memerlukan  keluaran  /  output  steam dan  panas  masuk  /  input  bahan  bakar  untuk evaluasi  efisiensi.  Metode    tidak  langsung dikenal  juga  dengan  metode  kehilangan panas.  Efisiensi  dapat  dihitung dengan mengurangkan  bagian  –  bagian  kehilangan dari  100  seperti  kerugian  kalor  pada  gas buang,  penguapan  air  yang  terbentuk  karena H 2 dalam  bahan  bakar,  penguapan  kadar  air dalam  bahan  bakar,  adanya  kadar  air  dalam bahan bakar, radiasi dan kehilangan lain  yang tidak terhitung.
Berdasarkan pada data yang
diperoleh, evaluasi efisiensi yang  tepat dilakukan  dalam  hal  ini  adalah  metode langsung  dengan  menggunakan  persamaan sebagai berikut :
( ) = 100 ( ) = 100
Parameter  yang  dipantau  untuk  perhitungan efisiensi    boiler  dengan  metode  langsung adalah :
- Jumlah  steam  yang  dihasilkan  perjam (Q) dalam kg/jam
- Jumlah  bahan  bakar  yang  digunakan perjam (q) dalam l/jam
- Tekanan  kerja  (dalam  kg/cm 2 )  dan temperature superheated steam(c 0 )
- Temperatur saturated steam (c 0 )
- Jenis  bahan  bakar  dan  nilai  kalor bakar (LHV) dalam kJ/kg bahan bakar
Dimana  berdasarkan  pada  tekanan  kerja konstan  dan  temeperatur  operasi  dapat ditentukan :
- h g Enthalpy  steam  superheated dalam kJ/kg - h f Enthalpy steam saturated dalam kJ/kg Grafik hubungan variasi operasi tanpa pemanasan  dan  dengan  pemanasan  udara pembakaran  terhadap  efisiensi  boiler  dapat dilihat  pada  Gambar  22.  Variasi  operasi tersebut adalah sebagai berikut :
1.  Operasi  tanpa  pemanasan  udara pembakaran  dan  Liadah  api  Panjang (tanpa injeksi steam) (OTPUP-TIS)
2.  Operasi  tanpa  pemanasan  udara pembakaran  dan  Lidah  Api  Pendek (dengan injeksi steam) (OTPUP-DIS)
3.  Operasi  dengan  pemanasan  udara pembakaran  danLidah  Api  Panjang (tanpa injeksi steam) (ODPUP-TIS)
4.  Operasi  dengan  pemanasan  udara pembakaran  dan  Lidah  Api  Pendek (dengan injeksi steam) (ODPUP-DIS).
Dari  gambar  terlihat  bahwa  pada  operasi dengan  pemanasan  udara  pembakaran  dan Lidah  Api  Pendek  (dengan  injeksi  steam) efisiensi  boiler  mencapai  22,58  %  sedangkan pada operasi tanpa pemanasan udara pembakaran  danLidah  Api  Panjang  (tanpa injeksi  steam)  efisiensi  boiler  hanya  20,13  %, sehingga berdasarkan dua operasi ini didapatkan kenaikan efisiensi sebesar 2,45 %. Akan  tetapi  pada  operasi  tanpa  pemanasan udara  pembakaran  dan  Lidah  Api  Pendek (dengan  injeksi  steam)  terlihat  penurunan  bila dibandingkan dengan dua operasi sebelumnya sebesar  0,08  %,  hal  ini  menunjukkan  bahwa proses injeksi steam (Lidah Api Pendek) efektif untuk meningkatkan efisiensi boiler tetapi lebih efektif  dalam  upaya  meningkatkan  efisiensi boiler  dipadukan  dengan  pemanasan  udara pembakaran.
0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 0.05 0.1 0.15 Temper ature Furnace (C0) Rasio bahan bakar-Udara
Gambar 20. Hubungan Antara Rasio Bahan bakar- Udara dan Flowrate steam injeksi Terhadap Temperature Furnace Rasio Bahan Bakar-Udara: 1/23;1/20;1/17 ;1/15;1/12;1/9 Flowrate steam injeksi:0,5;1;1, 5;2;2,5;3 (l/h) 0 0.5 1 1.5 2 0 2 4 6 8 Tebal C arbon Deposit (mm ) Urutan Tube
Gambar 21. Hubungan Antara Tebal Jelaga Lidah Api Panjang (Tanpa Injeksi Steam) dibawah Operasi Tanpa Pemanasan Udara Pembakaran Serta Lidah Api Pendek (Dengan Injeksi Steam) dibawah Operasi Dengan Pemanasan Udara Pembak TCD Tanpa Injeksi Steam TCD Dengan Injeksi Steam

## VOLUME 6, NOMOR 2,  OKTOBER 2014
4. KESIMPULAN DAN SARAN
4.1   Kesimpulan Dari hasil analisa pada bagian tiga  diatas maka dapat disimpulkan bahwa:
1.  Adanya  peningkatan  panas  didalam  ruang pembakaran  (furnace)  setelah  dilakukan injeksi steam kedalam furnace menghasilkan Lidah  Api  Pendek  dan  dapat mengurangi  pemakaian  bahan  bakar  (fuel) sebesar  20%  untuk  kualitas  dan  jumlah produk  steam  yang  sama  baik  tanpa maupun  dengan  injeksi  steam  dengan waktu  operasi  selama  1  jam,hal  ini disebabkan  karena  pembakaran  lebih steadi  state  (lidah  Api  Pendek)  dengan adanya  injeksi  steam  dan  terus  bertambah dengan  adanya  pemanasan  pada  suplai udara pembakaran.
2.  Selain  dapat  menambah  jumlah  panas dalam ruang pembakaran, Lida Api Pendek (injeksi  steam)  juga  dapat  mengurangi ketebalan  jelaga  yang  menempel  pada fireside water tube sehingga kontak thermal terhadap  air  umpan  boiler  tidak  terhambat yang  berarti  bahwa  terjadi  peningkatan penyerapan  panas  oleh  air  umpan  boiler. Hal  ini  dilihat  pada  menurunnya  laju pembentukan  carbon  deposit  sebesar  0,89 mm/jam pada kondisi operasi injeksi steam (lidah  api  pendek)  dan  pemanasan  udara pembakaran  dan  sebanyak  49,5  %  carbon deposit  pada  fireside  water  tube  Boiler dapat direduksi.
3.  Untuk  operasi  dengan  lidah  api  pendek (injeksi  steam)  selain  hal  tersebut  diatas juga  meningkatkan  temperatur  cerobong asap  (stack)  akibat  dari  meningkatnya aliran flue gas (gas asap) uap air dari hasil reaksi  steam  Injeksi  dengan  bahan-bakar dan  deposit  karbon,  sehingga  perlu  diatur pengeluaran gas asap tersebut agar kontak termal  dengan  bidang  pemanas  lebih  lama agar  semakin  banyak  panas  yang  diserap oleh air umpan boiler.
4.  Pemanasan  udara  pembakaran  sebelum masuk  furnace  akan  dapat  meningkatkan jumlah  panas  yang  dihasilkan  dari  reaksi pembakaran  karena  pemanasan  udara pembakaran  dapat  meningkatkan  energi kinetik  dari  molekul-molekul  seperti  O 2 dan  H 2 O,  sehingga  reaksi  dapat  terjadi dengan  baik.  H 2 O  yang  ada  akan bereaksi  dengan  jelaga  (carbon  deposit) membentuk  CO 2 dan  H 2 selanjutnya  H 2 yang sangat reaktif akan bereaksi dengan O 2 yang  merupakan  reaksi  sangat eksotermis akan tetapi proses pembentukan  lidah  api  pendek  lebih dominan  ditimbulkan  oleh  adanya  injeksi steam.
5.    Pengaturan  laju  input  bahan  bakar-bakar, udara  dan  steam  injeksi  yang  optimum dimana  hal  ini  ditandai  dengan  lidah  api yang dihasilkan lebih pendek dan flue gas yang dihasilkan lebih sedikit, hal ini dapat mengurangi  laju  pembentukan  carbon deposit sehingga efektifitas dari pengijeksian  steam  untuk  mengurangi carbon  deposi  pada  ruang  bakar  dan water tube dapat tercapai terbukti dengan terjadinnya  kenaikan  total  panas  pada panas  superheated  serta  berkurangnya tebal deposit karbon yang terbentuk.
6.   Pada  operasi  dengan  pemanasan  udara pembakaran  dan  dengan  injeksi  steam (lidah api pendek) efisiensi boiler mencapai  22,58  %  sedangkan  pada operasi tanpa pemanasan udara pembakaran  dan  tanpa  injeksi  steam efisiensi  boiler  hanya  20,13  %,  sehingga berdasarkan  dua  operasi  ini  didapatkan kenaikan  efisiensi  sebesar  2,45  %.  Akan tetapi  pada  operasi  tanpa  pemanasan udara  pembakaran  dan  dengan  injeksi steam terlihat penurunan
bila dibandingkan dengan dua operasi sebelumnya  sebesar  0,08  %,  hal  ini menunjukkan bahwa proses injeksi steam efektif untuk meningkatkan efisiensi boiler tetapi lebih efektif dalam upaya meningkatkan  efisiensi  boiler  dipadukan dengan pemanasan udara pembakaran.
7.   Setelah berhasil dibuktikan bahwa pengijeksian  steam  dan  meningkatkan rasio  udara-bahan  bakar  agar  didapatkan ekses  udara  berlebih  ternyata  dapat meningkatkan  temperatur  furnace  maka telah dilakukan pengujian dengan memvariasikan  rasio  udara-bahan  bakar dan  flowrate  steam  injeksi.  Hasil  dari pengujian ini didapatkan bahwa pengijeksian  steam  pada  burner  dapat mengeliminir  input  udara  pembakaran dengan  meningkatnya  flowrate  steam
20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 0 2 4 6 Efisiensi Boiler (%) Variasi Operasi
Gambar 22. Hubungan Antara Variasi Operasi dengan Efisiensi Boiler 1:OTPUP- TIS;2:OTPUP- DIS;3:ODPUP- TIS;4:ODPUP- DIS
injeksi,sehingga  dapat  dikatakan  bahwa terdapat  kecendrungan  input  aliran  udara tidak dibutuhkan lagi pada proses pembakaran heavy fuel oil  dengan injeksi steam  dan  menyebabkan  lidah  api pendek.
4.2  Saran
1.  Disarankan  agar  hasil  penelitian  dapat diaplikasikan  diperalatan  fired  heater  yang sesungguhnya yang berada dikilang minyak  atau  unit  pembangkit  listrik  karena dari  hasil  percobaan  terbukti  bahwa membentuk  lidah  api  pembakaran  yang pendek  dengan  system  injeksi  steam  ini efektif menaikkan kinerja fired heater.
2.  Apabila  ada  pihak  lain  yang  ingin mengembangkan  penelitian  ini  dengan menggunakan  model  peralatan  yang  ada maka sebaiknya dilakukan beberapa modifikasi yaitu;
-  Untuk  mendapatkan  hasil  yang  lebih  baik hendaknya  system  control  yang  dilakukan pada  eksperimen  dibuat  semi  otomastis sehingga  data  yang  diperoleh  akan  lebih akurat.
-  Untuk  system  isolasi  hendaknya  dibuat maksimal agar heat losses dapat dikurangi.
3.  Hendaknya  pada  penelitian  yang  akan datang  dapat  menghitung  thermal  efisiensi system pembangkit tenaga terutama steam power  palnt  secara  keseluruhan  sehingga dapat  dianalisa  kenerja  fired  heater  secara overall.
4. Disarankan agar  pada penelitian  yang akan datang  dapat  mengemukakan  reaksi  yang terjadi  secara  lebih  detail    sehingga  akan dapat  diketahui  sejauh  mana  peran  injeksi steam  terhadap  peningkatan  jumlah  panas dari  reaksi  pembakaran  dipandang  dari sudut thermodinamika.
5.  Untuk  mengurangi  laju  aliran  flue  gas  yang keluar  cerobong  asap  sambil  membawa panas  pembakaran  maka  perlu  dipasang demper  pada  cerobong  asap  yang  dapat mengatur  pengeluaran  gas  asap  sehingga tidak  perlu  meng-on-offkan  blower  yang dapat
mengganggu
steadi state pembakaran.
6.  Pada  penelitian  selanjutnya  perlu  dilakukan proses pembakaran dengan tanpa menggunakan  input  udara  pembakaran pada  burner  untuk  membuktikan  bahwa cukup  dengan  pengijeksian  steam  heavy fuel  oil  dapat  terbakar  dengan  lebih  baik dan lidah api berbobot walupun pendek.

## DAFTAR PUSTAKA
Caronna,Giampiero.  2005.  Fired  Heaters: Enhancing Refinery Profitability. Foster WheelerItaliana Spa.
Bustan,M.Djoni  &  Siagian,Amir  Hamzah.2004. Studi Fenomena Reaksi Antara Carbon Deposite dan Injeksi Steam terhadap Peningkatan Kinerja Fired Heater.  Tesis:Pps  Unsri  Prodi.Teknik Kimia,BKU Teknologi Energi. Palembang.
Stephens,G  &  Spicer,D.B.  2003.  Burner Employing Steam Injection. US Patent US6986658B2, Jan.17. 2006
Wildy, Francis. 2002. Fired Heater Optimization. AMETEK Process Instruments 150 Freeport Road Pittsburgh.PA 15044. _____________. 2000. Increasing The Energy Efficiency of Boiler and Heater Installations http://oee.nrcan.gc.ca/publicat ions/infosource/pub/cipec/2000- 869_Boilers_and_Heat_E.pdf
Frigoli,A.,L.Giovanni,Mioralli. 1999. Process for Determining the Film of Fuel Deposited  On  The  Intake  manifold  of Electroinjector  engines  with  Controlled Ignation.  US  Patent,  US005957993A, Sept 28,1999.
Garg,A.  1998.  Revamp  Fired  Heaters  to
Increase Capacity. Hydrocarbon Processing, Furnace Improvements, Sugar Land, Texas. June 1998. ASME Boiler and Pressure Vessel
Committee.1992.  ASME  Section  I,  Rules for  Construction  of  Power  Boiler.  1992 Edition, The American Society of
Mechanical Engineers. New York. Babcock & Wilcox.______. Steam, Its
Generation and Use. 38 th Edition, New York,USA Marzano,B.G.S.,C.Chem. 2000. The
Influences  of  water  quality  on  Steam Purity.  MRSC.  F.  Inst  Petroleum.  Boiler Opration Workshop, Plaju, Indonesia.
Smith,  Craig  B.  1981.  Energy  Management Principles. Application Benefits Savings, Pergamon Press.
Henning, Dag. 1994. Energy System
Optimization Applied to Local Swedish Utilities.  Division  of  Energy  System, Linkoping. Williams,  Forman  A.  1965.  Combustion Theory, The Fundamental Theory of Chemically Reacting Flow System. Addison-Wesley Publishing Company,
Inc. University of California.
Kreith, Frank & Mark S.Bohn. 1986.  Principles of Heat Transfer. Solar Energy Research  Institute,  Fouth  Edition,  Harper
& Row Publisher, New York.
Austin,  George  T.  1975.  Shreve’s  Chemical Process Industries. Washington State University, Mc Graw Hill Book Company.
Minkoff,  G.J  &  C.F.H  Tipper.  1962.  Chemistry of Combustion Reactions. Butterwort & Co. (Publishers) Ltd.
Smith,  J.M.  1981.  Chemical  Engineering Kinetics. Mc Graw Hill Book Company.
Bradley, Jhon N. 1969. Flame and Combustion Phenomena. University of Essex, Methuen & Co. Ltd, London.
Mc  Carty,JG.,Victor  LW,Wood.          .  Catalytic Combustion Process. US Patent,US0615285.
Kurita.  1985.  Kurita  Hand  Book  of  Water Treatment. Kurita Water Industries, Tokyo.
Bustan,MD.  1986.  Entalphies  of  Gaseus Mixture at High Pressure from Measurement  of  The  Joule-Thomson Effect. Higrashihirishima.
El-Wakil,M.M.  1984.  Powerplant  Technology. University of Wisconsin, Mc Graw Hill Book Company.
Levenspiel,Octave.  1972.  Chemical  Reaction Engineering. Oregon State University.  Second  Edition,  John  Wiley  & Sons, USA.
Schmidt,Paul  F.  1969.  Fuel  Oil  Manual.  Allied Oil Co. Industrial Press Inc, New York.
Reid,Robert  C.&  Thomas  K  Sherwood.  1966. The Properties of Gases and
Liquids.  Second  Edition,  Mc  Graw  Hill
Book Company.
_________________.______. Fuel Oil Composition. US Patent, US05997592. Harbert,W.D.  1978.  Preflash  saves  heat  in crude unit. United Refining Co Warren Pa, Hydrocarbon Processing, July 1978.
Mc  Cain,William  Jr.1990.  The  Properties  of Petroleum Fluids. Second Edition, Penn Well Books, Tulsa,Oklahoma.