## AUDIT ENERGI DI MESIN KERTAS
Sari Farah Dina 1 dan Herri Susanto 2 1 Balai Besar Pulp dan Kertas
2 Departemen Teknik Kimia, FTI-ITB Jl. Ganesha 10, Bandung 40132 Telp: 022-2500989; Fax: 022-2501438; e-mail: herri@che.itb.ac.id

## ENERGY AUDIT IN PAPER MACHINE

## ABSTRACT
Energy audit were conducted in five paper mills, namely: A B,C, D and E with different paper machine and process conditions. Mill A is relatively old  and small with a capacity of 160 ton/day of print paper. The steam consumption of mill A was 2.01 ton/ton product, which was higher than that of mill B (1.41 ton/ton). This large different steam consumption might be due to a high water content of paper  entering the paper  machine  (up  to 62.83%). A  highest steam consumption  up  to 3.76  ton/ton product  was  found  in  Mill  E  having  a  small  capacity  of  38  ton/day.  Besides  the  fact  that  paper machine  in  Mill  E  was  old  and  had  no  hood,  type  of  product  (grammage  of  284  g/m 2 )  might  also contribute to this high steam consumption. Two other mills producing corrugated paper (mills C and D: with a grammage of 115 and 125 g/m 2 respectively) had steam consumptions of about 1.9 ton/ton product, within the range of 1.8 – 2.2 ton/ton reported in literature.
Mill  B  with  a  capacity  of  984  ton/day  was  the  largest  mill  in  this  study.  Current  steam consumption  of  mill  B of  about  1.41 ton/ton  of  product  was  the lowest among  the other four  mills. This mill has implemented an energy conservation program. By means of reducing water content in paper entering the drying machine from 54% to 51%, the steam consumption was reduced from 1611 to 1440  ton/day.  From a  simple  mass and  heat balance,  increasing  water content  in paper  leaving paper  machine  from  the  present  value  of  4%  to  the  allowable  one  of  5%  might  also  give  another saving of steam.

## Keywords :   steam saving,  paper machine, specific energy consumption

## INTISARI
Audit  energi  telah  dilakukan  pada  lima  pabrik  kertas,  dinamai  A,  B,  C,  D  dan  E,  dengan berbagai  kapasitas  dan  kondisi  proses.  Pabrik  A  memiliki  kapasitas  kecil,  hanya  180  ton/hari  dan sudah tua. Konsumsi steam pabrik ini sekitar 2,01 ton/ton kertas, jauh lebih tinggi daripada pabrik B (1,41 ton/ton). Perbedaan mencolok ini salah satunya disebabkan perbedaan kadar air dalam kertas saat masuk mesin kertas (kadar air sampai 62,83% di pabrik A). Konsumsi steam terbesar ditemui di pabrik E (3,76 ton/ton) yang memiliki kapasitas produksi kertas 38 ton/hari. Pabrik E yang sudah tua ini  memproduksi  kertas  tebal  (gramatur  284  g/m 2 )  dan  mesin  kertasnya  tidak  dilengkapi  dengan hood. Dua pabrik kertas lainnya memproduksi corrugated-paper: pabrik C dengan gramatur 115 dan pebrik  D  125  g/m 2 .  Konsumsi  steam  kedua  pabrik  ini  sekitar  1,9  ton/jam,  masih  dalam  rentang konsumsi steam 1,8 – 2,2 ton/ton kertas yang dilaporkan di beberapa pustaka.
Pabrik  B  merupakan  pabrik  terbesar  dengan  kapasitas  984  ton/hari,  telah  menerapkan program-program  penghematan  energi.  Konsumsi  steam  pabrik  ini  adalah  1,41  ton/ton  produk, paling  rendah  di  antara  kelima  pabrik  yang  ditinjau.  Dengan  menurunkan  kadar  air  pada  kertas sebelum  masuk  mesin pengering, pabrik ini  dapat  menghemat pemakaian  steam dari 1611  menjadi 1440  ton/hari.  Disamping  itu  perhitungan  neraca  massa  dan  energi  menunjukkan  masih  adanya penghematan  konsumsi  steam  jika  kadar  air  dalam  kertas  keluar  mesin  pengering dapat dinaikkan dari kebiasaan 4% menjadi yang diijinkan 5%.
Kata kunci: penghematan steam, mesin kertas, konsumsi energi spesifik (KES)

## PENDAHULUAN
Pada industri pulp dan kertas, biaya energi merupakan biaya tertinggi kedua setelah biaya bahan  baku.  Karenanya  berbagai  upaya dilakukan  untuk  menurunkan  biaya  energi sejalan dengan meningkatnya harga, terbatasnya persediaan bahan bakar.
Drying  unit mesin  kertas  merupakan konsumen energi termal paling besar di pabrik kertas, berfungsi untuk menguapkan air terikat dari  serat  selulosa.  Penguapan  dilakukan karena  air  tidak  dapat  lagi  dikeluarkan  dari serat  dengan  secara  gravitasi  dan  vakum  di forming  unit dan  secara  mekanis  di pressing unit .
Audit  energi  merupakan  salah  satu langkah yang dilakukan dalam upaya merealisasikan  program  penghematan  energi. Audit  dapat  dilakukan  hanya  mengarah  pada unit  proses  atau  mesin  tertentu,  tetapi  tetap memperhatikan  berbagai  faktor  terkait  yang dapat mempengaruhi bagian tersebut.
Penelitian  ini  berhubungan  dengan  audit energi  terhadap drying  unit .  Data  hasil  audit ini  diolah  dengan  neraca  massa  dan  energi. Selain  mendapatkan  gambaran  distribusi konsumsi  energi,  audit  ini  juga  dimaksudkan untuk  mendapatkan  gambaran  kinerja drying unit berdasarkan  konsumsi  energi  spesifik (KES).
KES  yang  diperoleh  dinyatakan  sebagai KES aktual dan  dilakukan benchmarking terhadap  pabrik  lain  di  luar  negeri  yang diperoleh dari literatur. Jika terjadi penyimpangan,  dilakukan  simulasi  melalui kajian  perbaikan  proses  dan  dianalisa  secara ekonomis.  Kajian  yang  akan  diamati  meliputi optimalisasi  proses  pengeluaran  air  sebelum dan  sesudah drying  unit ,  kajian  terhadap sistem  pengananan  udara  dan  yang  terakhir kajian  sistem  distribusi steam melalui aplikasi sistem  termokompresi.  Dengan    audit  yang dilakukan  ini  diharapkan  dapat  memberikan gambaran  tentang  kinerja  beberapa  mesin kertas  di  Indonesia  mulai  dari  kecepatan rendah, sedang dan tinggi.

## TINJAUAN PUSTAKA
Drying  unit merupakan  tahap dewatering akhir  dengan  cara  penguapan.  Energi  termal yang digunakan   berupa steam
bertekanan  rendah  hingga  sedang,  yang  disuplai kedalam sejumlah silinder dryer yang berputar.
Dilihat  dari  jumlah  air  yang  dikeluarkan, drying unit merupakan  operasi  penyisihan  air terendah.  Namun  dilihat  dari  sisi  biaya, drying unit merupakan  konsumen  energi  paling  tinggi dibanding dua tahap sebelumnya.
Perkiraan konsumsi  energi  berupa  steam dan listrik,  untuk  beberapa  jenis  kertas  dapat  dilihat pada Tabel 1. Konsumsi energi pada mesin kertas bervariasi  sesuai  dengan  jenis  kertas  yang dihasilkan.  Untuk  jenis  kertas  cetak  (nomor  1 sampai  dengan  nomor  4)  konsumsi  steam drying unit adalah 70 – 75% dari total konsumsi energi. Konsumsi energi spesifik merupakan gambaran penggunaan energi di drying unit yang dapat  dinyatakan  dalam  dua  definisi  yakni: GJ energi /  ton  air  teruapkan,  atau  ton steam / ton air teruapkan . Dua definisi ini erat hubungannya dengan tingkat  air  yang  perlu  diuapkan  untuk  tiap  ton kertas  yang  dihasilkan  dan  dapat  memberikan gambaran  terhadap  efisiensi  termal.  Pustaka memberi  pedoman  konsumsi  energi drying  unit mesin kertas modern yaitu :
e n er g i e v ap
e va p K E S  =   2 , 8 5 - 3 , 0 0  G J /to n K E S  =  1 ,3 0   to n /to n s te a m
Pada drying  unit, panas  dimanfaatkan terutama  untuk:  menaikkan  suhu  kertas  dan  air hingga mencapai suhu penguapan air, menguapkan sejumlah air dan memanaskan udara segar  yang  diperlukan  untuk  membawa  air teruapkan. Porsi konsumsi energi masing-masing disajikan  pada  Tabel  2.  Konsumsi  energi meningkat  jika  proses drying menguapkan air terikat yang  berikatan  dengan  selulosa  akibat ikatan  hidrogen.  Karena  itu,  operasi over  drying harus  dihindari.  Pemanasan  udara  tergantung pada sistem penanganan udara.
Hal  lain  yang  juga  dapat  mempengaruhi konsumsi steam diantaranya  adalah:  jenis  serat (kayu dan  bukan  kayu)  yang  memiliki  hubungan terhadap  kapasitas  panas;  porositas  lembaran serta  keruahan  ( bulky )  serat,  kandungan  bahan kimia, aplikasi  proses surface  sizing pada drying unit , gramatur kertas/karton dll.
Tabel 1. Perkiraan konsumsi energi pada beberapa jenis kertas
No Jenis Kertas Steam , GJ/ton Gas, GJ/ton Listrik GJ/ton kWh/ton 1 Newsprint 3,4 – 5,5 - 1,2 – 2,3 420 – 630 2 Wood-containing, coated 5,1 – 5,6 - 2,0 – 2,9 550 – 820 3 Wood-free, noncoated 4,3 – 7,2 - 2,0 – 2,4 550 – 670 4 Wood-free, coated 3,7 – 7,7 - 1,6 – 3,2 440 – 900 5 Liner board 3,4 – 8,8 - 1,8 – 2,4 515 – 660 6 Tissue 2,6 – 4,5 2,0 – 2,4 3,0 – 3,8 835 - 1050
Sumber: FAPET (Finnish American Paper Engineers' Textbook),
Tabel 2. Distribusi energi untuk proses drying teoritik [1] Konsumsi energi kJ//kg air  teruapkan % Pemanasan air yang diuapkan dari 45  C ke 80  C 150 5,0 Panas penguapan pada 80  C 2300 80,0 Panas sorpsi untuk air terikat 0 – 20 1,0 Pemanasan uap air yang diuapkan dari T ev ke T exh (80  C ke 85  C) 10 0,4
Pemanasan serat dan kadar air akhir dari 45  C ke 80  C 50 2,0 Pemanasan udara(suplai dan kebocoran) 240 – 700 9,0 Flash steam kondensat keluar drum dryer 30 – 60 1,0 Kebocoran steam dan venting 0 0,0 Kehilangan panas ke ruang mesin 40 1,6 Total 2850 100,0

## METODOLOGI
Langkah-langkah kegiatan yang dilakukan diantaranya: menetapkan parameter serta lokasi pengamatan,
perhitungan  neraca  massa  dan  energi, penyusunan  peta  konsumsi  energi drying unit . Pengamatan dilakukan terhadap mesin kertas  di  lima  pabrik  kertas  di  P.  Jawa. Konsumsi  energi  spesifik  (KES)  aktual dihitung dan  dibandingkan  terhadap pabrik lain  di  dalam  dan di  luar  negeri.  Akhirnya berdasarkan  pengalaman  dalam  penelitian ini, kami menyusun teknik-teknik penghematan  energi  di  mesin  kertas  dan dilengkapi dengan target pencapaian.
Data operasional pabrik yang
dikumpulkan,  antara  lain:  karakteristik bahan baku, konfigurasi drying unit, sistem distribusi steam , kecepatan dan lebar mesin, sifat  produk  (gramatur,  tebal,  kekuatan, kadar air, kadar abu dll), temperatur kertas, temperatur  udara,  laju  alir  dan  tekanan steam,  laju  alir  dan  temperatur  kondensat, laju  alir,  temperatur  dan  humiditas  udara masuk  dan  keluar.  Data  yang  tidak diperoleh  langsung  dari  lapangan  diambil dari pustaka penunjang.
Teknik  penghematan  yang  dievaluasi meliputi  upaya  penurunan  kadar  air  kertas masuk  dan  keluar drying  unit ,  dan  kajian pengaruh  besarnya  kebocoran  udara  terhadap konsumsi  energi.  Upaya  penghematan steam dikaji melalui pemasangan termokompresor.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kelima pabrik kertas yang ditinjau dalam penelitian  ini  berada  di  Jawa  dan  dinamai pabrik A, B, C, D dan E.

## Kualitas Produk
Persyaratan  kadar  air  kertas  umumnya berkisar  antara  5–7%,  tetapi  kadar  air  kertas produksi pabrik A dan B kurang dari 5% (lihat Tabel  3).  Kadar  air  kertas/karton  produksi pabrik  C,  D  dan  E  berada  pada  batas  bawah persyaratan kadar air corrugating médium dan chipboard berkisar  antara  7–9%.  Jika  kertas dikeringkan  hingga kadar  air  < 5%, dikatakan kertas/karton mengalami over drying . Dari  sisi  konsumsi steam ,  pabrik  yang beroperasi  pada  kondisi over  drying akan mengkonsumsi steam lebih besar karena harus mengeluarkan air yang terikat dengan selulosa
melalui  ikatan  hidrogen.  Pelepasan  air  ini memerlukan  energi  lebih  banyak,  yaitu berupa  panas  sorpsi  ( heat  of  sorption ) selain panas penguapan air.
Kertas tulis-cetak
mengandung sejumlah  bahan  pengisi,  kalsium  karbonat (15 – 20%), yang bertujuan untuk perbaikan sifat  tulis/cetak  dan  optik  kertas  produk. Hal ini juga terlihat untuk pabrik A dan B. Bahkan pabrik C yang memproduksi kertas corrugating medium juga  menambahkan bahan  pengisi  untuk  tujuan  perbaikan porositas  agar  mudah  mengeluarkan  air selama proses penguapan. Ternyata kehadiran  bahan  pengisi  di  dalam  kertas dapat  menurunkan  jumlah  panas  yang diperlukan  untuk  menaikkan  temperatur kertas  sampai  titik  penguapan  air.  Hal  ini dikarenakan  bahan  pengisi umumnya memiliki  kapasitas  panas  lebih  rendah daripada serat dan air.

## Efek  Kecepatan  Mesin  dan  Aplikasi
Surface Sizing pada Operasi Drying .
Dari  kelima  pabrik  kertas  yang diaudit,  hanya  pabrik  B  yang  beroperasi pada  kecepatan  tinggi  (1260  meter  per menit,  lihat  Tabel  4).  Pabrik  A  dan  C termasuk  dalam  kategori  kecepatan  sedang (300  –  700  m/menit),  sedangkan  pabrik  D dan  E  mempunyai  kecepatan  rendah  (<300 m/menit). Pada studi ini terlihat bahwa laju air teruapkan sekitar 263 ton/hari atau lebih untuk pabrik A,  B dan  C yang menggunakan sistem closed-hood . Pabrik A dan  B  memproduksi  kertas  tulis-cetak, tetapi pabrik B menggunakan surface sizing berupa  larutan starch 10%  pada size press . Surface  sizing dimaksudkan  sebagai pre- coat untuk  memperbaiki  sifat  permukaan kertas.  Hal  serupa  juga  dijumpai  untuk pabrik C  dan  D  yang sama-sama
memproduksi corrugating  medium .  Lapisan starch pada  permukaan  kertas  diperkirakan mempengaruhi  laju  penguapan  air  dari kertas, sehingga diperlukan panas yang lebih besar. Penambahan  sejumlah  bahan  pengisi  pada pembuatan corrugating  medium di  pabrik  C secara  teoritis  akan  menurunkan  konsumsi energi,  karena  lembaran  lebih  berpori  dan kertas  secara  keseluruhan  memiliki  kapasitas panas yang lebih rendah. Tetapi bahan pengisi ini  dapat  menurunkan  kekuatan  ikatan  antar serat,  sehingga  pabrik  C  perlu  meng- aplikasikan  proses surface  sizing untuk perbaikan kekuatan ikatan antar serat terutama pada  permukaan  kertas  dan  perbaikan  sifat penetrasi cairan.
Pada  penelitian  ini,  efek  aplikasi surface sizing terhadap  konsumsi steam tidak  terlihat nyata.  Hal  ini  karena  pada  jenis  kertas  yang sama dijumpai perbedaan pada  sistem konfigurasi drying unit (pabrik  A dan B) atau sistem Hood (pabrik  C  dan  D)  yang  juga merupakan variabel yang dapat mempengaruhi konsumsi energi.
Kadar air didalam kertas masuk dan keluar drying  unit merupakan  variabel  penting sehubungan  dengan  konsumsi steam .  Untuk jenis kertas yang sama  (A dan B,  atau C dan
D),  kadar  air  kertas  masuk drying  unit dapat berbeda. Rendahnya kadar air kertas masuk  di pabrik  B  dan  D  mengindikasikan  bahwa operasi  sebelum drying  unit sudah  bekerja secara  optimal.  Perbaikan  kondisi  kertas masuk drying unit ini dapat dilakukan dengan pengendalian  kondisi  bahan  baku  yang  dapat menghasilkan freeness lebih  tinggi  sehingga air  lebih  mudah  dikeluarkan dari  serat.  Selain itu,  operasi forming  unit dan pressing  unit mungkin  sudah  dioperasikan  secara  optimal. Dengan  demikian,  pabrik  A  dan  C  masih mempunyai  peluang  penghematan  energi melalui  penurunan  kadar  air  didalam  kertas saat masuk drying  unit. .

## Tabel 3. Jenis dan kualitas kertas
No Jenis dan Persyaratan Pabrik A Pabrik  B Pabrik  C Pabrik  D Pabrik E 1 Jenis kertas tulis -cetak tulis - cetak corr. medium corr. medium chipboard 2 Gramatur ( dry ), g/m 2 56,00 80,20 115,50 125,84 284,11 3 Tebal, mm 0,1148 0,1040 0,2190 0,2000 0,4150 4 Kadar air , % 4,34 4,00 7,10 7,20 6,85 5 Kadar abu, % 15 22,9 9,9 - -
Tabel 4. Data kondisi pabrik dan hasil pengamatan ( dry basis ) No Parameter Pabrik A Pabrik B Pabrik C Pabrik D Pabrik E 1 Gramatur, g/m 2
- pre dryer - after dryer
- 56,32 - 80,20 115,50 - 116,78 - 284,11 2 Kadar air akhir, % 4,34 4,00 7,10 7,20 6,85 3 Temperatur  kertas pada pre-dryer ,  C
- masuk
- keluar 34 - 36 105 40 81 36 - 38 - 4 Temperatur kertas  pada after-dryer ,  C
- masuk - keluar
-
90
70 80 80 90 - 90 - 85 5 Kecepatan mesin, mpm 370 1260 690 190 40 6 Kadar air kertas masuk drying unit , % 62,83 51,00 55,00 51,29 58,87 7 Tekanan main steam , kg/cm 2 3 5 7 5 4 8 Laju main steam , ton/hari 336 1440 *) 1205 204 142 9 Laju kondensat, ton/hari 300 1104 1116 192 120 10 Temperatur kondensat,  C 89 80 73 90 90 11 Sizing agent pick-up , % - 1,4 3,0 - - 12 Tipe Hood Closed closed closed open open 13 Dimensi Hood atas pre dryer , m panjang/lebar/tinggi 48/10/6 54/12/8 48/10/10 - - 14 Dimensi Hood bawah pre dryer , m panjang/lebar/tinggi 48/10/6 54/12/15 48/10/6 - - 15 Dimensi Hood atas after dryer , m panjang/lebar/tinggi 30/10/6 19/12/8 30/10/6 - - 16 Dimensi Hood bawah after dryer , m panjang/lebar/tinggi 30/10/6 19/12/15 30/10/6 - - 17 Diameter silinder dryer, m 1,50 1,83 1,50 1,20 1,20 18 Jumlah silinder dryer, buah - pre dryer - after dryer
33
28 16 49 24 42 30 + 1 yankee 19 Jumlah air yang diuapkan, ton/hari - pre-dryer
- after-dryer
- total - - 263 981 101 1082 619 268 887 - - 106 - - 51 20 Kapasitas produksi di pope-reel , ton/hari 160 984 574 109 38
Catatan: *) konsumsi total untuk drying unit (1202 ton/hari  untuk silinder dryer dan 238 ton/hari untuk steam coil pemanas udara pengering).
Neraca Energi Drying Unit.
Sebagaimana diperkirakan, sistem tertutup  ( closed  hood )  seperti  pabrik  A,  B dan C memanfaatkan sebagian besar (sekitar 70%)  panas  yang  masuk  untuk  penguapan air  kandungan  kertas  (Tabel  5  dan  Gambar 1).  Sedang  pada  sistem  terbuka  (pabrik  D dan E), banyak panas yang digunakan untuk pemanasan udara bocor dan juga yang hilang ke lingkungan tanpa terkendali. Ini merupakan  salah  satu  penyebab  tingginya konsumsi  energi  spesifik drying  unit . Analisa  kebocoran  udara  sebagai  salah  satu penyebab  pemborosan  energi  di  pabrik  B disajikan pada pembahasan perbaikan sistem hood . Tingginya kehilangan panas yang tidak
terkendali yang dinyatakan sebagai
unaccounted di  pabrik  D  dan  E  diantaranya
disebabkan  pabrik  tersebut  masih  meng- gunakan  sistem hood terbuka sehingga sebagian  panas  digunakan  untuk  mejaga temperatur  ruang  tetap  diatas  titik  embun udara  basah  didaerah drying  unit .    Hal  ini dibatasi  agar  tidak  terjadi  kondensasi  dini yang  dapat  menimbulkan  cacat  pada  produk yang dihasilkan. Unaccounted pada pabrik A dan  B  dapat  disebabkan  oleh  panas  hilang lewat over  drying menyebabkan  kadar  air kertas terlalu rendah sehingga perlu tambahan heat of sorption dan laju steam berlebih untuk pemanasan  udara  pengering,  yang  mungkin dapat  di- recover dengan  jalan  menaikkan kadar  air  keluar dryer dan  memperbaiki kinerja steam coil .  Semakin rendah kadar air kertas  (<5%)  maka  semakin  besar heat  of sorption yang  diperlukan  untuk  melepas  air terikat.
Tabel 5. Neraca energi drying unit (lihat pula Gambar 1) No Konsumsi energi Energi, GJ/hari Pabrik A Pabrik B Pabrik C Pabrik D Pabrik E 1 Panas untuk pemanasan serat 13 99 40 8 2,5 2 Panas untuk pemanasan air kandungan kertas 52 212 122 21 9,5 3 Panas untuk penguapan air 606 2.498 2050 245 118 4 Pemanasan udara pengering 85 196 214 97 47 5 Pemanasan udara bocor 37 *) 308 92 *) 138 *) 67 *) 6 Unaccounted ( balance ) 119 236 469 42,90 140,95 Total (panas masuk lewat steam ) 912 3.549 2987 551,90 384,95 Catatan: *) laju  udara  bocor  diasumsikan  30%  dan  60%  dari  laju  udara  keluar  masing-masing    untuk sistem closed-hood dan open-hood .
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 per sen dis tribu si, % Pemanasan serat Pemanasan air kandungan kertas
Penguapan air  Udara pengering Udara bocor Unaccounted (balance) distribusi konsumsi energi Pabrik A Pabrik B Pabrik C Pabrik D Pabrik E
Gambar 1. Persen distribusi energi drying unit
Benchmarking Hasil penghitungan nilai KES
berdasarkan  keempat  definisi,  disajikan dalam  Tabel  6.  Khusus  pabrik  B,  masih tersedianya  data  desain  dapat  dijadikan sebagai benchmark . Selain terhadap kondisi aktual, perhitungan juga dilakukan terhadap kondisi desain dan kondisi teoritis. Perhitungan  terhadap kondisi  teoritis  untuk pabrik  B  dilakukan  atas  dasar  kebutuhan panas  untuk  pemanasan  serat,  pemanasan dan penguapan air serta kebutuhan pemanasan udara tanpa adanya kebocoran.
Secara  keseluruhan,  semua  pabrik memiliki KES keempat definisi lebih tinggi dibanding  pabrik-pabrik  di  luar  negeri 1,2 .
Tetapi  pabrik  B  paling  mendekati  kondisi pabrik-pabrik di luar negeri.
Pabrik  A  dan  pabrik  B  sama-sama memproduksi  jenis  kertas  tulis  cetak,  tetapi pabrik  B  mengkonsumsi  ton steam /ton air  teruapkan lebih  besar  dari  pabrik  A.  Beberapa  faktor yang  menyebabkan  perbedaan  ini  diantaranya adalah gramatur, kecepatan mesin dan aplikasi surface sizing . Semakin tinggi gramatur diikuti dengan  peningkatan  kecepatan  mesin,  akan memberikan waktu kontak kertas di permukaan dryer lebih singkat semakin tinggi sehingga  harus  diikuti  dengan  peningkatan laju steam .  Pabrik  B  menggunakan surface sizing  unit untuk  perbaikan  sifat  kekuatan permukaannya,  sedangkan  pabrik  A  tidak. Kertas  yang  tidak  dilapis  dengan  larutan
Tabel 6. Konsumsi energi spesifik drying unit
Starch pada  permukaannya  akan  memiliki laju  penguapan  lebih  tinggi  dibanding kertas  yang  tertutupi  oleh  lapisan starch (pabrik B).
Pabrik  D  dan  E  mengkonsumsi energi paling tinggi karena masih menggunakan  sistem  tanpa hood ,  sehingga sebagian  besar steam yang  disuplai digunakan untuk memanaskan udara disekitar drying  unit untuk  mencegah terjadinya  kondensasi.  Dengan  sistem terbuka  energi  pemanasan  udara  pengering akan semakin bertambah besar.
Penyebab  lain  dari  tingginya  kon- sumsi steam mungkin  juga  disebabkan kapasitas produksi yang tidak sesuai desain. Hal ini terlihat dari kecepatan operasi mesin yang  berada  dibawah  desain.  Kecepatan mesin  pabrik  D  diturunkan  dari  210 menjadi  190  mpm  dan  pabrik  E  dari  45 menjadi 40 mpm.
Ditinjau  dari  aspek  bahan  baku  dan gramatur,  pabrik  A  dan  B  menggunakan pulp  kimia  putih.  Pabrik  C  dan  D menggunakan pulp kimia belum diputihkan yang  berasal  dari  kertas  bekas.  Pabrik  E menggunakan  bahan  baku  kertas  bekas campuran  ( mixed  waste )  yang  mungkin mengandung  pulp  mekanis.  Barangkali, adanya  lignin  atau  bahan  kimia  lain  yang terbawa  kedalam  pulp  kertas  bekas  juga memberikan  kontribusi  pada  peningkatan
kapasitas panas kertas sehingga membutuhkan pemanasan lebih besar (pabrik C, D dan E).
Gramatur juga merupakan variabel yang mempengaruhi  konsumsi  energi.  Dengan meningkatnya gramatur (ketebalan juga bertambah)  seperti  pabrik  C,  D  dan  E, konsumsi  energi  semakin  meningkat.  Hal  ini dipahami  karena  dengan  semakin  tebalnya kertas/karton  diperlukan  panas  yang  lebih besar  agar  dapat  menaikkan  temperatur kertas keseluruhan.  Kondisi  pabrik-pabrik  di  luar negeri juga menunjukkan kecenderungan yang sama,  meskipun  nilainya  masih  dibawah pabrik C, D dan E.

## Kajian Penghematan Steam
Studi  berikut  merupakan  kajian  potensi penghematan steam yang  dilakukan  atas pemikiran  sendiri,  tetapi  data-data  yang digunakan merupakan data yang diperoleh dari pabrik.

## Pengaruh  Kadar  Air  Kertas  Masuk  dan Keluar Drying Unit
Pabrik B telah berupaya untuk menghemat steam ,  misalnya  dengan  cara penurunan  kadar  air  kertas  masuk dryer dari 54% menjadi 51%, yang mungkin dilaksanakan  dengan  peningkatan  operasi pressing .  Penurunan  kadar  air  dalam  kertas masuk dryer ini dapat menghasilkan
Parameter Pabrik A Pabrik B Pabrik C Pabrik D Pabrik E Pustaka [Hannu P] 1 [Simon A] 7 teoritis desain aktual Jenis produk Kertas tulis c etak Kertas tulis c etak Kertas tulis c etak Kertas tulis c etak Corrugating medium Corrugating medium Chip-board Kertas dan karton Bahan baku ( virgin + deinked + broke )
pulp - - ( virgin +
broke ) chem. pulp OCC (lokal +impor) + mix waste Pulp Semi kimia + waste box kertas bekas campuran - Gramatur, g/m 2 58,88 80  3,20 69,60 80,20 124,30 125,84 300 - Freeness stok , ml CSF 375±25 - - 375±25 400 420 450 - Kadar air masuk dryer , % 62,83 50 - 60 54 51 45 51,29 58,87 - Kadar air keluar dryer , % 4,34 5 - 7 5 4 7,10 7,20 6,85 5 – 7% *) 7–9 % **) Hood system closed closed closed closed closed open open closed Aplikasi sizing tidak ya ya ya ya tidak tidak tidak
KES ton steam /ton evap 1,28 1,30 1,33 1,33
1,82 1,93 2,77 1,30 KES ton steam /ton produk 2,01 1,37 1,80 1,41 1,95 1,88 3,76 1,8 – 2,2 KES GJ energi /ton evap 3,47 3,10 3,23 3,28
4,47 5,21 7,54 3,00 KES GJ energi /ton produk 5,47 3,27 4,36 3,46
4,80 5,08 10,23 3,01 – 5,04 *3) 2,38 – 6,16 *4)
Tabel 7. Pengaruh kadar air kertas masuk drying unit terhadap kebutuhan steam
Catatan: 1. *) kondisi diatas berlangsung pada kadar air keluar drying unit 4% 2.  KES aktual 1,33 t steam /t evap
Tabel 8. Pengaruh kadar air kertas keluar drying unit terhadap kebutuhan steam
Catatan: 1. *) kondisi diatas berlangsung pada kadar air masuk drying unit 51% 2.KES aktual 1,33 t steam /t evap
penghematan steam 12%,  yaitu  dari  1611 menjadi  1440  ton/hari  (lihat  Tabel  7). Penghematan  konsumsi  steam  ini  setara dengan kira-kira Rp. 14.535.000/hari Beban pengeringan diperkirakan dapat diturunkan  dengan  mengembalikan  kadar air  dalam  kertas  produk  dari  4%  (data operasi  saat  ini,  lihat Tabel 8)  menjadi 5% (sesuai  persyaratan  pabrik  untuk  produk kertas).  Penurunan  beban  pengeringan  ini diperkirakan dapat memberi potensi penghematan steam sebesar 15 ton/hari.
Penurunan  kadar  air  pabrik  A  dan  C masih  mungkin  dilakukan  atas  dasar  tolok ukur  kadar  air  kertas  di  pabrik  B  dan  D untuk  masing-masing  produk  sejenis  (lihat Tabel  4).  Namun  upaya  ini  harus disesuaikan  dengan  kemampuan  operasi pressing  unit dan  batasan  ketebalan  yang dipersyaratkan.  Operasi pressing selain menurunkan kadar air dan konsolidasi serat, juga  menurunkan  ketebalan kertas.  Khusus untuk  pabrik  A,  upaya  lain  yang  mungkin dilakukan adalah menaikkan freeness bubur
kertas lebih besar dari 375 ml CSF (lihat Tabel 6).
Semakin  rendah freeness bubur  kertas atau  semakin  tinggi  derajat  penggilingan biasanya kandungan serat halus ( fines content ) dalam  stok  semakin  tinggi.  Serat  halus memiliki luas permukaan spesifik sangat besar dibanding serat (10 – 20 vs 1m 2 /g), yang akan memperbanyak  rantai  ikatan  hidrogen  antara serat  dan  air.  Dengan  semakin  banyaknya air terikat maka konsumsi energi drying unit juga akan semakin meningkat.

## Perbaikan Sistem Hood
Pabrik B dilengkapi dengan 3 (tiga) buah heat recovery unit , dua set di bagian pre-dryer dan  satu  set  di  bagian after  dryer .  Masing- masing heat  recovery  unit memanfaatkan panas  udara  buang  untuk  memanaskan  udara segar  yang  dilanjutkan  dengan  pemanasan menggunakan steam . Hasil perhitungan neraca massa  dan  energi  disajikan  pada  Tabel  9  atas dasar data desain Heat Recovery Unit ABB .
No Variabel Operasi Kadar air kertas masuk drying unit *) 54% (desain) 51% (aktual) Pre-Dryer After-Dryer Pre-Dryer After-Dryer 1 Berat sheet kering keluar, ton/hari 983,68 983,68 2 Berat sheet keluar dryer, ton/hari 1001,20 1024,67 1001,21 1024,67 3 Berat sheet masuk dryer, ton/hari 2111,24 1126,30 1981,98 1126,30 4 Berat starch , ton/hari - 12,51 - 12,51 5 Berat serat kering, ton/hari 971,00 971,17 971,17 971,17 6 Berat air masuk, ton/hari 1140,07 142,61 1010,81 142,61 7 Berat air keluar, ton/hari 24,90 40,99 30,04 40,99 8 Berat air yang diuapkan, ton/hari 1110,04 101,63 980,78 101,63 9 Kebutuhan steam, ton/hari 1611 1440 No Variabel Operasi Kadar air akhir kertas keluar dryer *) 5% (desain) 4% (aktual) Pre-Dryer After-Dryer Pre-Dryer After-Dryer 1 Berat sheet kering keluar, ton/jam 1035,45 983,68 2 Berat sheet keluar dryer, ton/jam 1001,21 1024,67 1001,21 1024,67 3 Berat sheet masuk dryer, ton/jam 1981,98 1126,30 1981,98 1126,30 4 Berat starch , ton/jam - 12,51 - 12,51 5 Berat serat kering, ton/jam 971,17 971,17 971,17 971,17 6 Berat air masuk, ton/jam 1010,81 142,61 1010,81 142,61 7 Berat air keluar, ton/jam 30,04 51,77 30,04 40,99 8 Berat air yang diuapkan, ton/jam 980,78 90,84 980,78 101,63 9 Kebutuhan steam , ton/jam 1425 1440
Berdasarkan perhitungan neraca
massa  dan  energi,  kebutuhan steam teoritis adalah 0,014 ton steam /ton udara .  Nilai ini ber-
beda dengan kondisi aktual 0,035ton steam /ton udara .
Penyimpangan konsumsi steam pemanas  sebesar  0,021 ton steam /ton udara dapat dikarenakan beberapa hal  diantaranya,  perbedaan  laju  alir, temperatur  dan  humiditas  udara  panas aktual  keluar dryer .  Untuk  mendapatkan data  konsumsi  teoritis  aktual,  maka  data- data tersebut perlu perlu direkonsiliasi.
Ditinjau  dari  rasio  kebutuhan  udara terhadap  jumlah  air  yang  diuapkan  (lihat Tabel  10),  pabrik  B  mempunyai  rasio sebesar  6,3  kg  udara/kg  air  teruapkan.
Berdasarkan  nilai  pustaka 1,6 diketahui  bahwa jumlah  udara  yang  dibutuhkan  untuk  sistem closed-hood adalah  6  –  7  kg/kg  air  yang diuapkan, jadi kebutuhan udara untuk pabrik B masih  dalam  rentang  yang direkomendasikan. Namun  jika  dilihat  dari  besarnya  laju kebocoran  udara  yakni  sebesar  6240  ton/hari atau  48%  terhadap  laju  udara  buang  adalah cukup  besar.  Hal  ini  dibandingkan  terhadap persyaratan Total  Closed-Hood 1) yang  bahwa persen kebocoran untuk sistem tertutup adalah 20  –  30%  terhadap  udara  buang.  Dengan menurunkan kapasitas total exhaust fan/blower menjadi 8500 - 9700 ton/hari kebocoran udara (sekitar  1700  –  2900  ton/hari)  sudah  sesuai dengan rekomendasi persyaratan closed hood .
Tabel 9. Kondisi desain Heat Recovery Unit Recovery Unit Subjek Flow, ton/jam Temperatur,  C Humiditas, kg/kg Tekanan, Pa Q, MW HR-1
( pre-dryer ) Hood exhaust 1 90,5 71,5 0,095 -70 - Turbo air 1 12,7 138,5 0,095 445 - Belrun BS 69,7 73,5 0,112 -2374 - Belrun FS 35,3 74 0,085 -1490 - Udara segar masuk 104,5 31 0,015 - - Make up 96,3 91 0,015 -440 - Make up PV roll 8,2 118 0,015 -660 - Air-air HE - - - - 0,846 Steam coil 1 - - - - 0,840 Steam coil 2 - - - - 0,063 HR-2 ( pre-dryer ) Hood exhaust 2 81 79,1 0,083 -45 - Turbo air 2 12 137,7 0,095 532 - Belrun BS 79,1 82 0,113 -1964 - Belrun FS 40,1 82,8 0,093 -1500 - Udara segar masuk 115,5 31 0,015 - - Makeup 115,5 88,1 0,015 -520 - Air-air HE - - - - 1,127 Steam coil - - - - 0,640 HR-3 ( pre-dryer ) Hood exhaust 3 121,9 77 0,061 -225 - Udara segar masuk 62,3 31 0,015 - - Make up 39 97,3 0,015 -300 - Make up PV roll 23,3 117 0,015 -279 - Air-air HE - - - - 0,517 Steam coil 1 - - - - 0,376 Steam coil 2 - - - - 0,357 Tabel 10. Hasil perhitungan kebutuhan  steam pemanas pada kondisi desain
Heat Recovery Unit Heat Recovery Unit Udara masuk Udara keluar Udara bocor, ton/hari Kebutuhan steam pemanas, ton/hari Laju alir ton/hari T in,HR
C T out, HR C
Laju alir ton/hari T out, campuran C HR-1 2311 31 88 4997 76 2489 35 197 31 115 3 HR-2 2772 31 85 5093 84 2321 26 HR-3 936 31 94 2925 77 1430 15 559 31 115 15 Total 6775 13015 6240 94

## Aplikasi Sistem Termokompresi
Prinsip  kerja  termokompresor  adalah steam tekanan  rendah  (hasil flash )  diisap dengan steam ejector untuk dijadikan steam tekanan  sedang.  Sebagai steam penggerak ejector digunakan steam tekanan  tinggi ( motive  steam ).  Dengan  cara  ini steam tekanan rendah dapat dimanfaatkan kembali untuk pemanasan di dryer . Simulasi sistem termokompresor  pada  penelitian  ini  adalah untuk  melihat  seberapa  besar  jumlah  dan tekanan motive  steam serta  prediksi besarnya penghematan yang dapat diperoleh dibanding sistem cascade . Pemilihan variasi tekanan flash
berdasarkan  rasio  tekanan output terhadap tekanan suction <  2.  Hal  ini  dimaksudkan agar  termokompresor  beroperasi  pada kondisi non-kritik.
Kajian dilakukan dengan titik pemasangan  termokompresor  hanya  pada group III  pabrik  C  dengan  kondisi  seperti Gambar  2.  Dengan  mevariasikan  tekanan flash 2,3  –  3,0  kg/cm 2 didapat  rasio penambahan motive terhadap main steam
serta  potensi  penghematan  dibanding  sistem konvensional ( cascade ).
Hasil  simulasi  menunujukkan  semakin rendah tekanan flash yang dapat diaplikasikan, akan  semakin  banyak  jumlah  uap  yang  dapat dimanfaatkan kembali meskipun jumlah motive steam yang  diperlukan  lebih  besar.  Gambar  3 merupakan  hasil  perhitungan  variasi  tekanan flash pada tekanan motive konstan. Penurunan tekanan flash lebih  rendah  lagi  tidak  dapat dilakukan  untuk  menjaga  rasio  kompresi  <2.
Pada  jumlah  beban  pengeringan  yang sama  (pemanasan  serat,  pemanasan  air, penguapan  dan  pemanasan  udara  pengering) ternyata sistem termokompresor dapat menurunkan konsumsi steam maksimal sekitar 5%.
Lebih lanjut (Gambar 4), atas dasar tekanan flash 2,3 kg/cm 2 dilakukan perhitungan ulang pada  berbagi  kemungkinan  tekanan motive steam .  Hasil  menunjukkan  semakin  tinggi tekanan motive maka  laju motive  steam yang diperlukan  akan  semakin  rendah.  Namun  jika tekanan motive steam yang  digunakan sama dengan  tekanan main  steam , laju  penambahan total  dan  persen  penghematan  ternyata  tidak mengalami perubahan.
SISTEM CASCADE SISTEM TERMOKOMPRESI VI V IV III II I Main steam = 7 kg/cm2 sizing FT FT FT FT Seet In 45% mc Sheet  Out 7% M.C VI V IV III II I Main steam = 7 kg/cm2 sizing FT FT FT FT Sheet in 45% mc Shee t oout 7% mc 4.47 1,7 4,67 3,3 0,5 Motive steam = 7,8,9,10  kg/cm2 4,47 4,67 1,7 BOILER BOILER Tek. Flash: 2,3; 2,5; 2,7;3 kg/cm2 4,67 4,67 3,3 0,5 Heating steam Motive steam - Flash steam termokompresor Ke Group III
Gambar 2. Usulan modifikasi sistem cascade (kondisi asal) menjadi termokompresi
Gambar 3. Variasi tekanan flash vs laju motive steam dan saving
Gambar 4. Variasi tekanan vs laju motive steam

## KESIMPULAN
Dari  hasil  kegiatan  audit  energi  yang dilakukan  pada  5(lima) drying  unit mesin kertas  di  Indonesia  dapat  diambil  beberapa kesimpulan:
- Konsumsi energi spesifik drying unit ke lima  mesin  kertas  umumnya  lebih  besar dibanding  pabrik-pabrik  di  luar  negeri.
Namun  pabrik  B  yang  beroperasi  pada kecepatan  paling  tinggi  dan  dilengkapi dengan  sistem closed-hood dan heat recovery dalam  penanganan  udara, paling mendekati kondisi luar negeri.
- Konsumsi  energi  spesifik drying  unit dipengaruhi  oleh  jenis  dan  karakteristik kertas,  kadar  air  masuk  dan  keluar, kecepatan  mesin,  sistem  pengelolaan udara dan sistem pengelolaan steam.
- Variabel  proses  dan  alat  penyebab tingginya KES ke lima pabrik diantaranya:
• kecuali pabrik B, pabrik  lain beroperasi  pada  kecepatan  di  bawah desain.
• kadar  air  akhir  produk  lebih  rendah dari standar (untuk kertas <5%)
0 2 4 6 8 10 12 Laju - saving Tekanan Motive Steam, kg/cm2 Motive, ton/jam 0,61 0,7
0,84 1,12 Main, ton/jam 11,2 11,11 10,96 10,69 Total penambahan, ton/jam 11,8 11,8 11,8 11,8 Saving (THC vs C ascade), %
5 5 5 5 10 9 8 7 0 2 4 6 8 10 12 14 laju - saving Tekanan flash, kg/cm2 Motive, ton/jam 0,61 0,48
0,37 0,25 0,15 Main, ton/jam 11,2 11,39 11,56 11,77 11,94 Total penambahan, ton/jam 11,8 11,87 11,93 12,01 12,09 Saving (THC vs Cascade), % 5 4,2 3,7 3 2,4 2,3 2,5 2,7 3 3,3
• kadar  air  kertas  masuk drying  unit masih tinggi
• masih  ada  pabrik  beroperasi  dengan sistem o pen-hood
• kebocoran udara > dari standar untuk pabrik dengan sistem closed-hood
• belum diaplikasikannya sistem termokompresi  untuk  menghemat steam .

## DAFTAR PUSTAKA
1. Hannu  Paulapuro,  Johan  Gullichsen, 2000 ‘Papermaking  Part  2:  Drying’, Papermaking  Science  and  Technology, Finnish  Paper  Engineers’  Association (FAPET) and TAPPI.
2. Kocurek  M.J.,  1991, ‘Paper  Machine Operations  Volume  7’ ,  Pulp  and  Paper Manufacture, 3 rd edition, TAPPI.
3. Peter  F.  Lee,  Jeffrey  A.  Hinds,  1979, ‘ Optimizing  Dryer  Performance  –  A Technique  for  Measuring  the  Drying
Characteristics  of  Fiber  Webs ’,  Tappi Journal, vol 62, April, p.:45 4. Ritz  ,  Carlton  B.,  1988, ‘Practical aspects  of  Pressing  and  Drying’ ,  Tappi
Press, Atlanta, USA.
5. Raymond  K.,  Perry  D.,  1999, ‘Paper Machine  –  Steam  and  Condensate System’ , 5 th edition, Tappi Press, atlanta,
USA 6. Simons  Agra,  1999 ’Energy  Cost
Reduction  in  the  Pulp  and  Paper
Industry’ , A Monograph, Pulp and Paper Research Institute of Canada.
7. Walker  P.J.R.  1988, ‘How  to  Reduce Steam  Consumption  in  Paper  Mill’ ,
Machine  Room,  Energy  Management and Conservation.
8. Wicks  L.D.  and  Nelson  J.P.  1988, ‘Paper  Machine  Press  Sections  Can  Be
Made to Conserve More Fuel’ , Machine Room, Energy Management and Conservation.