## JEPCA

## Analisa Pengaruh Perubahan Beban Output Turbin Terhadap Efisiensi Boiler

## Jatmiko Edi Siswanto
Program Studi, Teknik Mesin, Sekolah Tinggi Teknologi Nasional Jambi (STITEKNAS) – Jambi Jl.Pattimura No. 100 Kota Jambi, Indonesia Correspondence email: jatmikoedis@gmail.com
Abstrak. Pada  perusahaan  pengolahan  kelapa  sawit  hingga  menjadi  minyak  proses  perebusan  dilakukan  untuk  memudahkan berondolan dari tandannya,  menghentikan perkembangan asam lemak bebas ( free faty acid ) dan akan menyebabkan tbs melunak sehingga  proses  ekstraksi  minyak  menjadi  lebih  gampang.  Proses  perebusan    membutuhkan  uap  dari  steam,  Steam  di  peroleh dengan  memanaskan  bejana  yang  berisi  air  dengan  bahan  bakar.  Umumnya  boiler  memakai  bahan  bakar  cair,  gas,dan  padat. Steam  berfungsi  sebagai  pembangkt  listik  dan  perebusan,  pada  perusahaan  digunakan  boiler  sebagai producer uap  mendukung proses  produksi.  Boiler  atau  ketel  uap  merupakan  bejana  tertutup  yang  digunakan  untuk  menghasilkan  uap,  melalui  proses konversi  energi.  Untuk  mengetahui  efisiensi  boiler  dilakukan  perhitungan  dengan  mengambil  parameter  yang  dibutuhkan  pada operasional boiler, dari analisa didapat hasil effisiensi tertinggi ketel adalah 83,56% dan terendahnya adalah 75,25% , dimana nilai kalor  dengan bahan bakar 13% pada beban 1000 Kw sebesar  83,56%. Dan nilai kalor dengan bahan bakar 10% pada beban 750 Kw lebih kecil dengan nilai sebesar 75,25%.
Kata Kunci : Boiler, Beban , efisiensi boiler
Abstract. In palm oil processing companies to become oil, the boiling process is carried out to make it easier for the loose fruit to come from the bunches, to  stop the development  of free fatty acids and will  cause the tbs to soften so the oil extraction process becomes easier. The boiling process requires steam from steam. Steam is obtained by heating a vessel filled with water with fuel. Generally, boilers use liquid, gas and solid fuels. Steam functions as a boiling and electric generator, the company uses a boiler as a steam producer to support the production process. A boiler or steam boiler is a closed vessel used to produce steam through an energy conversion process. To find out the boiler efficiency, a calculation is carried out by taking the parameters needed for boiler operation, from the analysis the highest boiler efficiency results are 83.56% and the lowest is 75.25%, where the heating value with 13% fuel at 1000 Kw load is 83, 56%. And the calorific value with 10% fuel at a load of 750 Kw is smaller with a value of 75.25%.
Keywords: Boiler, Load, boiler efficiency.

## 1. PENDAHULUAN
Seiring dengan perkembangan zamanpertumbuhan industri  –  industri  di  Indonesia  sangat  pesat,  dengan beraneka  ragam  industri  antara  lain  pabrik  karet,  pabrik kayu,  pabrik  makanan  dan  minuman,  pabrik  industri khusus  dan  pabrik  kelapa  sawit.  PT.Perkebunan nusantara  VI  (persero)  adalah  salah  satu  industri  yang bergerak  dalam  bidang  pengolahan  kelapa  sawit.  Di perusahaan  ini  proses  pengolahan  kelapa  sawit  dimulai dari  tahap  perebusan  buah  sawit,  yang  berupa  Tandan buah segar (TBS) buah sawit  dari perkebunan yang baru di  panen.  Perusahaan  yang  terkenal  dengan  pengolahan kelapa  sawit  hingga  menjadi  minyak  kelapa  sawit mentah  ini,  dalam  proses  perebusan  TBS  dipanaskan dengan  Uap  yang  dihasilkan  boiler  pada  temperatur 135 o C [1].
Proses  perebusan  dilakukan  untuk  memudahkan pemimpilan  berondolan  dari  tandannya,  menghentikan perkembangan  asam  lemak  bebas  ( free  faty  acid )  dan akan  menyebabkan  TBS  melunak  sehingga  proses ekstraksi  minyak  menjadi  lebih  gampang.  Proses perebusan    membutuhkan  uap  dari  steam,  Steam  di peroleh  dengan  memanaskan  bejana  yang  berisi  air dengan  bahan  bakar.  Umumnya  boiler  memakai  bahan
bakar  cair,  gas,dan  padat.  Steam  berfungsi  sebagai pengering  Di  perusahaan  ini,  digunakanlah  boiler sebagai producer uap  untuk  mendukung  proses produksi.  Boiler  atau  ketel  uap  merupakan  bejana tertutup  yang  digunakan  untuk  menghasilkan  uap, melalui  proses  konversi  energi.  Pada  umumnya,  uap yang  dihasilkan  dari  boiler  dapat  digunakan  sebagai pembangkit energi utama atau sebagai pendukung proses produksi.  Uap  sebagai  pembangkit  energi  utama, biasanya  dimanfaatkan  pada  pembangkit  tenaga  listrik. Sedangkan  sebagai  pendukung  proses  produksi,  uap digunakan  untuk  pengering  atau  pemanas.  Di  PT. Perkebunan Nusantara VI (persero)  uap yang dihasilkan boiler digunakan untuk proses pengkondisian kandungan air pada  buah sawit, serta sebagai penyedia air panas.
Proses pengkondisian kelembaban buah sawit dari hasil  perebusan,  uap  yang  dihasilkan  oleh  boiler ditampung  dalam  sebuah header untuk  di  distribusikan ke  setiap  Unit  yang  membutuhkan  uap.  uap  yang dikonsumsi  sesuai  dengan  proses  yang  sedang berlangsung.  Setelah  uap  tersebut  selesai  digunakan, kemudian  dikirim  ke unit  condensate untuk  mengubah fasa  uap  menjadi  air.  tahapan  selanjutnya  adalah mengirim air hasil kondensasi tersebut ke unit deaerator
untuk  mengurangi  kandungan  udara  dalam  air.  Air  dari sinilah  yang  digunakan  sebagai feed  water pada boiler[2].
Bahan  bakar yang digunakan untuk menghasilkan uap  berupa fiber dan  cangkang . Dari  penjelasan  diatas, penggunaan  uap  sebagai  pendukung  proses  produksi serta sebagai pembangkit tenaga listrik.

## 2. KAJIAN PUSTAKA
Pada  pabrik  kelapa  sawit  terdapat  banyak  jenis boiler  dengan  berbagai  bentuk  dan  ukuran.  Karena didalam    sebuah  pabrik  penolahan  minyak  sawit  boiler sama halnya dengan jantung pada manusia.
Boiler  adalah  salah  satu  peralatan  dari  yang berperan  sangat  penting  dalam  proses  bekerjanya pengolahan  minyak  kelapa  sawit  (crude  palm  oil) funsinya untuk menghasilkan steam (uap)[3] .

## Siklus Pada boiler
Siklus  Rankine  adalah  siklus  teoritis  yang mendasari  siklus  kerja  dari  suatu  pembangkit  daya  uap. Siklus  Rankine  berbeda  dengan  siklus-siklus  udara ditinjau dari fluida  kerjanya yang mengalami perubahan fase  selama  siklus  pada  saat  evaporasi  dan  kondensasi, oleh  karena  itu  fluida  kerja  untuk  siklus  Rankine  harus merupakan  uap.  Siklus  Rankine  ideal  tidak  melibatkan beberapa masalah irreversibilitas internal. Irreversibilitas internal
dihasilkan
dari gesekanfluida,throttling,danpencampuran,yang paling penting  adalah  irreversibilitas  dalam  turbin  dan  pompa dan  kerugian-kerugian  tekanan  dalam  penukar-penukar panas,  pipa-pipa,  bengkokan-bengkokan,  dan  katup- katup.Temperatur  air  sedikit  meningkat  selama  proses kompresi  isentropik  karena  ada  penurunan  kecil  dari volume  jenis  air,  air  masuk  boiler  sebagai  cairan kompresi  pada  kondisi  2  dan  meninggalkan  boiler sebagai uap kering pada kondisi 3.

## Gambar 1. .Siklus rankine
Boiler  pada  dasarnya  penukar  kalor  yang  besar dimana  sumber  panas  dari  pembakaran  gas,  reaktor nuklir atau sumber yang lain ditransfer secara esensial ke air  pada  tekanan  konstan.  Uap  superheater  pada  kondisi ke  3  masuk  ke  turbin  yang  mana  uap  diexpansikan secara  isentropik  dan  menghasilkan  kerja  oleh  putaran poros  yang  dihubungkan  pada  generator  lisrik.
Temperatur  dan  tekanan  uap  jatuh  selama  proses  ini mencapai  titik  4,  dimana  uap  masuk  ke  kondensor  dan pada  kondisi  ini  uap  biasanya  merupakan  campuran cairan-uap jenuh dengan kualitas tinggi. Uap dikondensasikan  pada  tekanan  konstan  di  dalam kondensor  yang  merupakan  alat  penukar  kalor mengeluarkan  panas  ke  medium  pendingin.Uap  panas lanjut  dari  ketel  memasuki  turbin,  setelah  melalui beberapa tingkatan sudu turbin, sebagian uap diekstraksikan ke deaerator, sedangkan sisanya masuk ke kondensor  dan  dikondensasikan  didalam  kondensor. Selanjutnya air dari kondensor dipompakan ke deaerator juga.  Di  dalam  deaerator,  uap  yang  berasal  dari  turbin yang  berupa  uap  basah  bercampur  dengan  air  yang berasal  dari  kondensor.  Kemudian  dari  deaerator dipompakan  kembali  ke  ketel,  dari  ketel  ini  air  yang sudah menjadi uap kering dialirkan kembali lewat turbin. Tujuan  uap  diekstraksikan  ke  deaerator  adalah  untuk membuang  gas-gas  yang  tidak  terkondensasi  sehingga pemanasan  pada  ketel  dapat  berlangsung  efektif, mencegah korosi pada ketel, dan meningkatkan efisiensi siklus.Untuk mempermudah penganalisaan siklus termodinamika  ini,  proses-proses  tersebut  di  atas disederhanakan  dalam  bentuk  diagram    dapat  dilihat seperti pada gambar 2 sebagai berikut[4].
Gambar 2.  Diagram T-S siklus Rankine.

## Proses Kerja boiler
Boiler  adalah  bejana  tertutup  dimana  panas pembakaran  dialirkan  ke  air  sampai  terbentuk  air  panas atau  steam.  Air  panas  atau steam pada  tekanan  tertentu kemudian  digunakan  untuk  mengalirkan  panas  ke  suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses.  Sistem boiler terdiri dari:  sistem  air  umpan,  sistem steam dan  sistem  bahan bakar.  Sistem  air  umpan  menyediakan  air  untuk  boiler secara  otomatis  sesuai  dengan  kebutuhan steam. Sistem steam mengumpulkan  dan  mengontrol  produksi steam dalam  boiler. Steam dialirkan  melalui  sistem  pemipaan ke  titik  pengguna.  Sistem  bahan  bakar  adalah  semua peralatan  yang  digunakan  untuk  menyediakan  bahan bakar  untuk  menghasilkan  panas  yang  dibutuhkan. Peralatan  yang  diperlukan  pada  sistem  bahan  bakar
tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan pada sistem.  Air  yang  disuplai  ke  boiler  untuk  dirubah menjadi steam disebut air umpan[4][7]..
Dua  sumber  air  umpan  adalah  kondensat  atau steam  yang  mengembun  yang  kembali  dari  proses  dan air makeup (air  baku  yang  sudah  diolah)  yang  harus diumpankan  dari  luar  ruang  boiler.  Untuk  mendapatkan efisiensi boiler  yang  lebih tinggi, digunakan economizer untuk  memanaskan  awal  air  umpan  menggunakan limbah panas pada gas buang. Kompenennya terdiri dari:

## Furnane (ruang bakar)
Sebagai  tempat  pembakaran  bahan  bakar  ( fiber dan  cangkang)  untuk  menghasilkan  gas  panas.  Yang memiliki  lantai  (fire  gratee)  berupa  susunan  roster  yang dibuka tutup dengan pneumatic zatau model fixed gratee mempunyai  lubang-lubang  (deashing  nozeel)  atau tempat lewatnya udara pembakaran dari forced draft fan (Fd  fan).  Lubang  tidak  boleh  tumpat  agar  pembakaran dapat  sempurna  yang  dilengkapi  “firing  door”    pada bagian depan yang berfungsi sebagai .

## Tube Super Heater
Berfungsi  untuk  meningkatkan  temperatur  uap kering  (satured  steam)  sampai  temperatur  uap  superheat (280 o C  –  300 o C).Tube  superheater  berisi  uap  yang berassal  dri  drum  atas  lalu  dipanaskan  gas  panas selanjutnya  di  distribusikan  ke  header  uap  untuk seterusnya  digunakan  oleh  turbin.  Biasanya  berbelok- belok  yang  mana  ujung  awal  dihubungkan  dengan  uap drum atas sedang ujungnya berhubungan dengan Header steam

## Drum Atas (Upper Drum)
Fungsi  dari  drum  atas  adalah  menampung  air umpan  untuk  di  distribusikan  ke  pipa  air  oembangkit Steam,  menampung  uap  dari  pipa  pembangkit  dan setelah  uap  dan  titik  air  dipisahkan  pada  drum selanjutnya  uap  dialirkan  ke  header  uap  untuk  di distribusikan ke turbin.Material drum : Biasanya terbuat dari  low  carbon  steel  dengan  campuran  (crome, vanadium,molybdeum)untuk  menghindari  elongation yang berlebihan.

## Header Air Umpan
Merupakan  bejana  baja  berbentuk  silinder dipasang di sekeliling dapur dan dibawah fire grade pada dinding  depan  boiler.Befungsi  untuk  menampung  air umpan  dan  selanjutnya  di  distribusikan  ke  pipa  air pembangkit uap ( water wall ).

## Ekonomiser
Berfungsi  untuk  menaikan  temperatur  air  umpan dengan  memanfaatkan  sisa  gas  panas  yang  dialirkan melalui exchanger dan  air  umpan  boiler  dialirkan melalui peralatan ini
Header Uap Header uap  berfungsi  sebagai  penampung  uap dari pada pembangkit uap dan selanjutnya mendistribusikan  ke  drum  uap  (drum  atas  ).Biasanya berbentuk bejana silinder,tetapi ada juga yang  berbentuk persegi empat[5][6].

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  proses  pengambilan  data  dilakukan  dengan mengambil  data  selama  tujuh  jam  beroperasi.  Sehingga di  dapatkan  rata-rata  nya  dalam  satu  hari  selama  tujuh jam.  Sehingga  mendapaatkan  parameter  –  parameter yang dibutuhkan.
Tabel 1. Data beban 1000 (Kw)
Perhitungan Efisiensi Boiler  Pada beban 1000 (Kw)
- Fiber 13% persentase bahan bakar dari 45 ton
- 13%  x 45 ton  =  5800 kg
Komposisi yang terkandung dalam bahan bakar fiber Dimana komposisi yang terkandung sudah ketetapan. Water = 39,8 %  x  5800 kg = 2308 kg NOS = 55,6 %  x  5800 kg = 3224 kg OIL = 4,56 %  x  5800 kg = 269   kg Heating Value NOS = 3850 Kcal/Kg OIL = 8800 Kcal/Kg Heat Evaporation Water  =  600 Kcal/kg = x 100%
=
N.O fiber = 2309 Kcal/Kg Qin = ṁbb X  N.O = 5800kg/jam X 2309kcal/kg = 13.392,200Kcal/kg Qin = 56.070463kj/kg h1 P = 19 bar ,Tu     =  276 ̊  C
Enthalpy = 2967.57 kj/kg h2      ta =  87 ̊ C Enthalpy = 364.352 kj/kg
→  Dapat  di  cari  dengan  cara  interpolasi  menggunakan tabel Properties of saturated water steam. Qout = (ṁuap x ∆h ) = 18000 kg uap/jam  x 2.603,218 Qout = kj/kg ηb = x 100% = ηb = 83,56 %

## Perhitungan Efisiensi Boiler Pada beban 950 (kw)
- Fiber 12 % persentase bahan bakar
- 12  %  x 45 ton  = 5400 kg
Komposisi yang terkandung dalam bahan bakar fiber
Water = 39,8 %  x  5400 kg = 2149 kg NOS = 55,6 %  x  5400 kg = 3002 kg OIL = 4,56 %  x  5400 kg = 251   kg Heating Value NOS = 3850 Kcal/Kg OIL = 8800 Kcal/Kg Heat Evaporation Water  =  600 Kcal/kg = x 100% N.O fiber =  2310 Kcal/Kg Qin = ṁbb X  N.O = 5400kg/jam X 2310kcal/kg = 12.474,000 kcal/kg Qin = 52.2266143.1 kj/kg h 1     P   =  18 bar   tu        =  274 ̊ C Enthalpy = 2966.21 kj/kg h2    ta =  85 ̊ C Enthalpy = 355.946 kj/kg Qout = (ṁuap x ∆h ) = 16.500 kg uap /jam x 2.610.246 kj/kg (h1-h2) = kj/kg Qout = kj/kg ηb = x 100% = ηb = 82,46 % Perhitungan efisiensi  Beban 850 (Kw)
- Fiber 11% persentase bahan bakar
- 11  %  x 45 ton  = 4900 kg
Komposisi yang terkandung dalam bahan bakar fiber Water = 39,8 %  x  4900 kg = 1950 kg NOS = 55,6 %  x  4900 kg = 2724 kg OIL = 4,56 %  x  4900 kg = 227   kg Heating Value NOS = 3850 Kcal/Kg OIL = 8800 Kcal/Kg Heat Evaporation Water  =  600 Kcal/kg = x 100% N.O fiber = 2307 Kcal/Kg Qin = ṁbb X  N.O = 4900kg/jam x 2307 kcal /kg = 11,304,3000 kcal/kg Qin = 47328843,1 kj/kg h1     P = 17 bar Enthalpy = 2964.91 kj/kg tu = 272 ̊ C h2     ta = 83 ̊ C Enthalpy = 347.544 kj/kg Qout = (ṁuap x ∆h) = 14.000 kg uap/jam  x 2,617.366 kj/kg (h1-h2) = kj/kg Qout = kj/kg ηb = x 100% = ηb = 77,42 %
Perhitungan efisiensi  Beban 750 ( Kw)
- Fiber 10 % persentase bahan bakar - 10  %  x 45 ton  = 4500 kg Komposisi yang terkandung dalam bahan bakar fiber Water = 39,8 %  x  4500 kg = 1791 kg NOS = 55,6 %  x  4500 kg = 2502 kg OIL = 4,56 %  x  4500 kg = 209   kg Heating Value  NOS = 3850 Kcal/Kg OIL = 8800 Kcal/Kg Heat Evaporation Water  = 600 Kcal/kg = x 100%
N.O N.O fiber = 2132 Kcal/Kg Qin = ṁbb X  N.O = 4.500kg/jam x 2132kcal/kg = 9,594,000 kcal/kg Qin = 40168159,1 kj/kg h 1      P   =  16 bar    tu     =  270 ̊ C Enthalpy = 2963.65 kj/kg h2       ta = 80 ̊ C Enthalpy = 334.949 kj/kg Qout = (ṁuap x ∆h) =  11,500  kg  uap/jam  x  2,628.701  kj/kg (h1-h2) = Qout = ηb =
= ηb = 75,25 % Analisa Grafik 75.25% 77.42% 82.46% 83.56% 70.00% 72.00% 74.00% 76.00% 78.00% 80.00% 82.00% 84.00% 86.00% 750 kw 850 kw 950 kw 1000 kw Ef is ie ns i (% )

## Beban Unit Boiler

## Gambar 3. Grafik perbandingan efisiensi pada masing- masing beban
Dari grafik diatas dapat di ketahui, bahwa efisiensi terendah boiler terdapat pada beban 750 Kw dengan nilai 75,25% ini dikarekan persentase bahan bakar boiler pada beban  750  Kw  adalah  10%  dari  45ton  kapasitas.  Maka nilai kalor dengan bahan bakar 10% pada beban 750 kw lebih  kecil  sehingga  efisiensi  pada  beban  ini  hanya 75,25%.  Sedangkan  efisiensi  tertinggi  boiler  adalah terdapat  pada  beban  1000  Kw    dengan  nilai  83,56%  ini dikarenakan  persentase  bahan  bakar  boiler  pada  beban 1000  Kw  adalah  13%  dari  45ton  kapasitas.  Maka  nilai kalor    dengan  bahan  bakar  13%  pada  beban  1000  Kw lebih tinggi sehingga efisiensi pada beban ini lebih tinggi dengan nilai 83,56%.

## 4. KESIMPULAN
a. Bahwa  efisiensi  terendah  boiler  terdapat  pada  beban 750 Kw dengan nilai 75,25% ini dikarekan persentase bahan  bakar  boiler  pada  beban  750  kw  adalah  10% dari  45ton  kapasitas.  Maka  nilai  kalor  dengan  bahan bakar  10%  pada  beban  750  Kw  lebih  kecil  sehingga efisiensi pada beban ini hanya 75,25%.
b. Sedangkan  efisiensi  tertinggi  boiler  adalah  terdapat pada  beban  1000  Kw    dengan  nilai  83,56%  ini dikarenakan  persentase  bahan  bakar  boiler  pada beban  1,7MW  adalah  13%  dari  45ton  kapasitas. Maka  nilai  kalor    dengan  bahan  bakar  13%  pada beban  1000  Kw  lebih  tinggi  sehingga  efisiensi  pada beban ini lebih tinggi dengan nilai 83,56%.

## Saran
1. Pentingnya  perawatan  yang  rutin  dilakukan  untuk menjaga agar boiler beroperasi dengan baik.
2. Rutin  melakukan  pengecekan  pipa-pipapada  boiler, membersihkan kerak-kerak yang menempel

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Putra  Is  Dewata.  11  Januari  2011.  Analisa  Teknis Evaluasi  Kinerja  Boiler  Type  ihifwsr  Single  Drum Akibat Kehilangan Panas dipltu pt. PJB unit
[2] Andalas  Stell,  Petunjuk  Pengoperasian  boiler, Takuma  water  tube  boiler,  oil  palm  Wastes  Firing Boiler
[3] Asmudi.  12  Januar  2010.  Analisa  Unjuk  Kerja Boiler  Terhadap  Penurunan  Daya  Pada  Pltu  PT. Indonesia  Power  Ubp  Perak.  Fakultas  Teknologi Kelautan, ITS Surabaya.
[4] Budiarjo,IMade  Kartika  D,  Budiars(Penerjemah), 1989. Buku Teks Termodinamika Terpakai, Teknik Uap Dan Panas.Universitas Indonesia.
[5] Syamsir  A.  Muin,  Pesawat-pesawat  konversi 1(KetelUap) 1988).
[6] Bandi  parapak.  15  Maret  2010  Perekayasaan  Ketel Uap Utilitas Pabrik Elemen Bakar Nuklir Tipe
[7] M.Sitorus,.Proses Pengolahan Air Umpan Ketel.,2002.Medan