## SINERGI Polmed : JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN
Homepage jurnal: http://ojs.polmed.ac.id/index.php/Sinergi/index

## ANALISIS  PELUANG  PENGHEMATAN  ENERGI  PADA  BOILER DENGAN KAPASITAS 40 TON/JAM DI PKS AEK LOBA PT. SOCFIN INDONESIA
Kamali Saidah a , Daniel S. Barus. b , Abdul Razak a
a Teknik Konversi Energi, Politeknik Negeri Medan, Jl. Almamater No.1, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota medan, Sumatera Utara, 20155, Indonesia
b Industri PKS Aek Loba PT Socfin Indonesia, Aek Kuasan, Kec. Asahan, Sumatera Utara, 21273
E-mail: kamalisaidah@students.polmed.ac.id
I N F O A R T I K E L

## Riwayat artikel:
Diajukan pada 16 Februari 2022 Direvisi pada 15 Maret 2022 Disetujui pada 22 Maret 2022 Tersedia daring pada 05 April 2022
Kata kunci: Boiler , Audit Energi, Efisensi
Keywords:
Boiler, Energy Audit, Efficiency A B S T R A K
Boiler adalah bagian dari suatu pembangkit uap yang berbentuk seperti bejana tertutup yang dapat mengubah air jenuh menjadi uap ( steam ) jenuh dengan bantuan panas dari proses  pembakaran  bahan  bakar.  Berbagai  usaha  dapat  dilakukan  untuk  menghemat biaya produksi uap diantaranya dengan melakukan audit energi pada sistem pembangkit uap ( boiler ). Audit energi didefinisikan sebagai proses evaluasi pemanfaatan energi dan indentifikasi peluang dan penggunaan  sumber energi dalam rangka konservasi energi. Audit boiler bertujuan  untuk  mengidentifikasi  adanya  peluang  penghematan  energi, yang bisa diketahui dari parameter efisiensi. Ada beberapa acuan untuk mengevaluasi kinerja boiler , yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap efisiensi boiler biasanya menggunakan  metode  langsung  ( direct  efficiency )  dan  metode  tak  langsung  ( indirect efficiency ). Boiler yang akan diaudit adalah water tube boiler berbahan bakar cangkang dan  serabut  dengan  kapasitas  40  ton/jam  di  PKS  Aek  Loba,  PT  Socfin  Indonesia. Berdasarkan  hasil  perhitungan  didapatkan  efisiensi  dengan  metode  langsung  sebesar 75%, potensi penghematan dengan mengendalikan rasio udara dari 1,5 menjadi 1,3 yang berdampak  pada  berkurangnya  kadar  oksigen  pada  gas  buang.  Hasilnya  adalah penghematan  bahan  bakar  sebesar  5%.  Adapun  parameter  untuk  menjaga  stabilitas kinerja boiler adalah manajemen kualitas air umpan dan manajemen pembakaran.
A B S T R A C T
A  boiler  is  a part of the steam generator  shaped like a  closed  vessel that transforms saturated  water  into  saturated  steam  using  heat  from  the  fuel  combustion  process. Various measures can be applied to save the steam production cost such as performing an energy audit on the steam generator system (boiler). An energy audit is defined as a process of energy utilization evaluation and energy resource opportunity and utilization identification to conserve energy. A boiler audit aims to identify energy-saving measures from  the  efficiency  parameter.  There  are  several  references  in  evaluating  boiler performance such as calculating the boiler efficiency with direct (direct efficiency) and indirect (indirect efficiency) methods. The audited boiler was used a water tube boiler with  shells and  fibres  as  the  fuel  with  a 40 ton/hour  capacity  at PKS Aek Loba , PT
Socfin Indonesia. The calculation result revealed an indirect efficiency of 75% with a saving  potential  by  controlling  the  air  ratio  from 1.5 to 1.3 ,  leading  to  oxygen concentration  reduction  in  the  exhaust  gas.  It  resulted  in  a  fuel  saving  of 2%. The parameters  to  maintain  boiler  performance  are  feed  water  quality  management  and combustion management .

## 1. PENGANTAR
Energi merupakan suatu kebutuhan pokok yang tak terpisahkan dari semua kegiatan  manusia. Terutama dalam bidang industri, energi digunakan sebagai modal yang berbentuk sumber energi untuk membantu proses produksi. Dari mulai energi bahan bakar untuk menjalankan mesin produksi industri, dan energi listrik untuk membantu menjalankan mesin dan membantu penerangan pada waktu proses produksi industri (Sanjaya.W.D., 2018). Namun dalam proses produksi sering terjadi pemborosan energi yang disebabkan oleh penggunaan listrik yang berlebihan dan tidak sesuai waktu. Selebihnya adalah faktor teknis pada peralatan yang digunakan. Akibatnya biaya produksi semakin tinggi, oleh karena itu penting melakukan penghematan energi dalam bidang industri (Ariyanto, 2019). Penghematan energi di bidang  industri  yaitu  melalui  audit  energi.  Audit  energi  adalah  proses  evaluasi  pemanfaatan  energi  guna  mengidentifikasi  peluang penghematan energi untuk meningkatkan efisiensi suatu perusahaan. Audit energi merupakan salah satu langkah dalam upaya manajemen energi, yang diatur dalam Peraturan Pemerintah (PP) Nomor 70 Tahun 2009 tentang Konservasi Energi dimana audit energi didefinisikan sebagai proses evaluasi pemanfaatan energi dan indentifikasi peluang dan pengguna sumber energi dalam rangka konservasi energi (Balai besar teknologi energi, 2015). Dalam bidang industri, audit energi dapat dilakukan pada beberapa sistem yaitu sistem kelistrikan, sistem pembangkitan uap ( boiler ), sistem diesel-generator, sistem distribusi uap, sistem integrasi proses, sistem chiller , sistem pompa, sistem manajemen energi (Balai Besar Teknologi Energi, 2015).
Boiler merupakan suatu bejana tertutup yang bertekanan yang dirancang sedemikian rupa untuk mengubah air jenuh menjadi uap jenuh, uap jenuh yang keluar dari boiler sampai ke tingkat uap superpanas yang dengan sifat dan kondisi  tertentu uap digunakan untuk menggerakkan turbin  agar  menghasilkan listrik.  Produksi uap  dalam  boiler  dihasilkan  dari  pemanasan  air  menjadi uap,  sehingga  pada akhirnya akan bertekanan dan bertemperatur tinggi. Disamping tekanan dan panasnya sifat uap juga memiliki kecepatan yang sangat tinggi dengan menggunakan prinsip beda tekanan dari tekanan tinggi ke tekanan yang rendah (Muin Syamsir, 2010). Boiler merupakan salah satu komponen penting dalam sistem pembangkit karena akan mempengaruhi kinerja sistem pembangkit itu sendiri dan pengkonsumsi energi terbesar. Pengkajian kinerja boiler perlu dilakukan untuk melihat efisien atau tidaknya boiler beroperasi. Konservasi energi di boiler dirasa perlu dilakukan untuk menunjang penghematan energi (Kholid Hermawan, 2020).

## 1.1. Pengertian Boiler
Boiler adalah bagian dari suatu pembangkit uap yang berbentuk seperti bejana tertutup yang dapat mengubah air jenuh menjadi uap ( steam ) jenuh dengan bantuan panas dari proses pembakaran bahan bakar (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2008). Komponen utama boiler biasanya terdiri dari atas pipa evaporator/boiling , alat pembakar, pompa, blower , air umpan, drum air dan drum uap (Balai Besar Teknologi Energi, 2015). Umumnya boiler mempunyai dua proses utama, yaitu proses pembakaran dan pelepasan panas serta proses perpindahan panas  dan  pembangkitan  uap  dari  air  umpan.  Sedangkan  bahan  bakar  untuk boiler bermacam-macam,  yaitu  batu  bara,  minyak,  gas, biomassa, dan panas limbah (Djokosetyardjo, 2016). Sistem boiler terdiri atas sistem pengumpan air, sistem uap air, dan sistem bahan bakar. Sistem pengumpan air menyediakan air kepada boiler dan mengaturnya secara otomatis untuk memenuhi kebutuhan uap air. Sistem uap air mengumpulkan dan mengendalikan produksi uap air di dalam boiler . Pada seluruh sistem, tekanan uap air diatur menggunakan katup  dan  diukur  dengan  alat  pengukur  tekanan  uap  air  dimana  sistem  bahan  bakar  meliputi  semua  peralatan  yang  digunakan  untuk menyuplai bahan bahar guna menghasilkan panas yang diperlukan dan tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan (Muin Syamsir, 2010). Air umpan ( feed water ) adalah air yang dialirkan ke dalam boiler yang akan diubah menjadi uap air. Dua sumber air umpan adalah uap air yang dikondensasikan kembali dari proses (kondensat) dan air baku yang diolah ( make up water ) yang harus didatangkan dari luar ruang boiler dan bagian proses. Untuk menaikkan efisiensi boiler , digunakan economizer untuk pemanasan awal air menggunakan panas dari gas buang (Djokosetyardjo, 2016, Muin Syamsir, 2010).

## 1.2. Identifikasi potensi penghematan
Tahapan  audit  energi  pada boiler selanjutnya  adalah  dengan  menjelaskan  potensi  penghematan  atau  disebut  juga  penjagaan stabilitas  efisiensi  (konservasi  energi  pada boiler ).  Dengan  menjaga  dua  parameter  konservasi  energi  pada boiler ,  yaitu  (Balai  Besar Teknologi Energi, 2015):
1. Manajemen Pembakaran
Manajemen  pembakaran  dimaksudkan  untuk  mendapatkan  kondisi  pembakaran  suatu  bahan  bakar  yang boiler optimum. Penurunan kapasitas produksi uap dapat disebabkan kekurangan dan mutu bahan bakar. Sering terjadi  perubahan keseimbangan antara bahan bakar dengan rasio udara yakni jumlah bahan bakar yang terlalu banyak dan volume udara yang menurun akibat ruang bakar yang semakin sempit dan menimbulkan pembakaran tidak efisien. Kegoncangan tekanan boiler yang menyebabkan proses pengisian bahan bakar tidak merata dan pembakaran yang tidak efisien, hal seperti ini sering dialami pada saat-saat boiler kekurangan bahan bakar. Efisiensi boiler akan turun dan dapat menyebabkan produksi uap turun dan akan mempengaruhi kapasitas olah PKS. Kondisi boiler yang lebih stabil dapat mencegah terjadinya priming yang dapat merusak pipa superheater dan pipa distribusi uap. Pembakaran sempurna dapat terjadi jika jumlah udara pembakaran yang dipasok ke ruang bakar berlebih dari kebutuhan teoritis (stoikiometri) Namun apabila udara lebih ( excess air ) tersebut dibuat terlalu banyak maka jumlah gas buang ( exhaust gas ) hasil pembakaran menjadi besar dan akibatnya energi hilang ke cerobong dalam jumlah yang besar. Energi pada suatu sistem pembakaran dapat dihemat dengan cara mengurangi persentase udara lebih (Ponten Naibaho, 2016). Udara lebih atau excess air sering dinyatakan dengan rasio udara. Bila temperatur stack gas keluar dari boiler dapat dibuat rendah dan persentase excess air pada udara pembakaran dibuat sesedikit mungkin, berarti kita berhasil mengurangi rugi-rugi energi melalui gas buang seperti pada Gambar 1.
Gambar 1 : Panas hilang ke cerobong vs rasio udara (Keenan and Keyes, 2017)
Semakin rendah temperatur gas pembakaran semakin sedikit energi terbuang, demikian juga rasio udara, semakin rendah persentase rasio  udara  semakin  sedikit  energi  yang  terbuang,  atau  dengan  kata  lain  efisiensi  pembakaran  semakin  meningkat.  Secara  teoritis penghematan maksimal terjadi pada rasio udara sama dengan 1, tetapi dalam praktek, apabila rasio udara dibuat 1, maka bahan bakar cendrung tidak terbakar sempurna yang ditandai dengan munculnya CO dan atau asap hitam dalam gas buang seperti tampak pada grafik di atas. Penurunan rasio udara yang terlalu banyak akan berakibat menurunkan efisiensi dan disamping itu juga cenderung menimbulkan munculnya gas CO pada gas buang yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia. Burner sebagai tempat terjadinya proses pembakaran atau tempat bercampurnya udara dan bahan bakar sehingga terjadi pembakaran burner yang baik akan membentuk campuran bahan bakar dari  udara  pembakaran  dengan  kelebihan  udara  minimum. Burner juga  harus  beroperasi  sesuai  dengan  beban  yang  ditentukan.  Jika kapasitas pembakaran tidak sesuai dengan beban boiler , maka yang akan terjadi adalah pembakaran akan melebihi kebutuhan yang artinya kerugian karena panas yang dibawa flue gas akan meningkat, sedangkan jika pembakaran kurang dari kebutuhan beban, maka yang terjadi adalah kerugian karena radiasi dan konveksi meningkat. Beban boiler yang berada dalam interval efisiensi terbaik yaitu 70% - 90% beban maksimum. Hal yang timbul jika kurangnya pemeliharaan pada burner adalah terjadinya pembakaran yang tidak sempurna. Kerak dan deposit akan terbentuk di dalam boiler . Kerak ketel yang disebabkan garam-garam sadah yang mengendap pada permukaan pipa akibat pengaruh panas penguapan dan deposit ketel yaitu timbulnya penggumpalan bahan padatan pada permukaan boiler . Kerak dan deposit akan menyebabkan berkurangnya panas yang dipindahkan dari dapur ke air yang terdapat dalam boiler , yang mengakibatkan meningkatnya temperatur  di  sekitar  dapur  dan  menurunnya  efisiensi boiler .  Fenomena  ini  dapat  dicegah  dengan  melakukan  perubahan  pada water treatment agar dapat menghindarkan pembentukan kerak pada boiler . Deposit ketel dapat dibersihkan dengan uap bertekanan tinggi. Soot blowing dengan menggunakan uap dilakukan secara regular paling tidak sekali setiap shift . Dengan pembersihan teratur permukaan bidang pemanas boiler , maka pemanfaatan temperatur flue gas dapat meningkat (Balai Besar Teknologi Energi, 2015, Ponten Naibaho, 2016).
2. Manajemen Kualitas Air Umpan
Manajemen  air  umpan  pada boiler dimaksudkan  untuk  mendapatkan  performansi  yang  lebih  baik  dalam  jangka  waktu  yang panjang. Semakin tinggi temperatur air umpan sebelum masuk ke boiler , maka semakin sedikit pula usaha burner untuk memanaskan air mencapai  titik  uap  saturasinya.  Semakin  sedikit  bahan  bakar  yang  diperlukan  sehingga  proses  kerja  menjadi  lebih  hemat.  Menjaga temperatur air umpan artinya memanfaatkan panas sebaik-baiknya dengan memanfaatkan air kondensat dengan optimal atau memanfaatkan sisa panas gas buang dengan menggunakan ekonomiser (Ponten Naibaho, 2016). Air umpan boiler umumnya diolah terlebih dahulu di water treatment plant , sebelum digunakan sebagai air umpan untuk boiler . Hal ini dikarenakan adanya zat-zat yang terkandung dalam air (Ponten Naibaho, 2016):
a. Total Dissolved Solid (TDS), adalah zat padatan yang terlarut dalam air. Contoh: Silica (Si O 2 ), Besi (Fe) dan Chloride (Cl). b. Total Suspendid Solid (TSS), adalah zat padatan yang tidak terlarut dalam air. Contoh: Lumpur, pasir, tanah dan zat organik.
c. Total Dissolved Gas (TDG), adalah gas-gas yang terlarut dalam air. Contoh: Oksigen ( O 2 ), Karbon Dioksida ( CO 2 ) dan Hidrogen Sulfida ( H 2 S).
Tingginya konsentrasi TDS, TSS dan TDG menyebabkan permukaan pipa pemanas maupun drum boiler cenderung terbentuk kerak dan bagian bawah drum boiler akan muncul endapan berupa lumpur pada sisi air pipa boiler . Bila keadaan ini berlangsung lama, maka jumlah kerak dan lumpur semakin bertambah sehingga menghalangi proses perpindahan panas dari gas pembakaran ke air atau uap. Jika kondisi ini terjadi meskipun manajemen pembakaran sudah berhasil diterapkan, maka efisiensi energi optimal pada boiler tidak dapat terealisasi. Semakin tebal kerak maka semakin besar konsumsi bahan bakar. Untuk itu pemeliharaan/pembersihan pada sisi air boiler perlu dilakukan misalnya dengan cara mekanis maupun zat kimia (Balai Besar Teknologi Energi, 2015). Selain proses pemurnian air dari water treatment plant, boiler sendiri mempunyai sistem untuk menjaga tingkat kejenuhan atau konsentrasi kotoran yang semakin tinggi, yaitu dengan pengurasan atau blowdown (Ponten Naibaho, 2016). Blowdown adalah tindakan pengurasan kotoran/endapan dari dalam boiler , tetapi pengurasan ini hendaknya dilakukan sesuai keperluan, karena bila jumlah blowdown berlebih maka energi hilang akan bertambah melalui blowdown . Jumlah blowdown diketahui dari kualitas air umpan dan air boiler , oleh karena itu air boiler harus dianalisa secara periodik. Kesalahan dalam pengelolaan air boiler dapat berakibat fatal (Balai Besar Teknologi Energi, 2015, Sonden Winarto, 2019).

## 2. METODE

## 2.1. Efisiensi Boiler
Ada beberapa acuan untuk mengevaluasi kinerja boiler , misalnya British Standard (BS 845: 1987) dan USA Standard (ASME PTC-4-1 Power Test Code Steam Generating Units ). Pengukuran ini dilakukan pada beberapa beban dengan variasi 100%, 75%, 50% setiap 15 menit selama 2 jam, dengan asumsi beban uap dalam kondisi stabil (Balai Besar Teknologi Energi, 2015).
1.  Perhitungan efisiensi dengan metode langsung ( Direct efficiency ) Perhitungan boiler dengan metode langsung merupakan perhitungan efisiensi yang menggunakan perbandingan antara fluida kerja (air dan uap) dengan energi yang terkandung dalam bahan bakar. Adapun persamaan 1 yang digunakan untuk menghitung efisiensi boiler dengan metode langsung ( direct ) sebagai berikut (Balai Besar Teknologi Energi, 2015):
Efisiensi boiler
= jumlah panas uap yang dibangkitkan 𝑗𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑚𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟𝑎𝑛 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 × 100% (1) Efisiensi boiler (η) = ṁ𝑢 (ℎ𝑢−ℎ𝑎) ṁ𝑏𝑏.𝐿𝐻𝑉 × 100%
Keterangan: ṁ u = kapasitas produksi laju uap (kg/jam) ṁ bb = Laju konsumsi bahan bakar (kg/jam)
h a = Entalpi air umpan (kJ/kg)
h u = Entalpi uap jenuh (kJ/kg)
LHV  = Low heating value (nilai kalor bahan bakar, Kkal/kg)
2.  Perhitungan efisiensi dengan metode tidak langsung ( Indirect Efficiency )
Merupakan pendekatan yang dilakukan untuk mendapatkan nilai efisensi dengan mengukur jumlah potensial panas bahan bakar dan menguranginya  dengan losses yang  terdapat  pada boiler .  Adapun  persamaan  2  untuk  menghitung  efisiensi boiler dengan  metode  tak langsung adalah sebagai berikut (Kholid Hermawan, 2020):
Efisiensi boiler
E (%) = 100% - (% L1 + L2 + L3 + L4 + L5 + L6 + L7 + L8) (2)
Keterangan:
L1 = Rugi-rugi gas buang kering (panas-sensibel) L2 = Rugi-rugi steam dalam panas bahan bakar (H 2 ) L3 = Rugi-rugi kandungan air bahan bakar (H 2 O) L4 = Rugi-rugi kandungan air di udara pembakaran (H 2 O) L5 = Rugi-rugi pembakaran tidak sempurna (CO) L6 = Rugi-rugi radiasi permukaan, konveksi, L7 = Rugi-rugi karena ash fly L8 = Rugi-rugi karena bottom ash
Tahapan dalam menghitung efisiensi boiler dengan metode tidak langsung dapat digambarkan dalam tahapan berikut:
Tahap – 1. Kebutuhan udara teoritis
Udara teoritis untuk pembakaran sempurna pada persamaan 3 adalah (11,6 × 𝐶)+(34,8 × (𝐻2− 𝑂2 8 ))+(4,35 × 𝑆) 100 (3)
Tahap – 2. Teoritis CO 2 % pembakaran sempurna pada persamaan 4
% CO pada = 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑜𝑓 𝐶 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑁2+𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑜𝑓 𝐶
(4)
Dimana:
Moles N 2 = 𝑊𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 𝑖𝑛 𝑡ℎ𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑐𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟 𝑚𝑜𝑙.𝑊𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 + 𝑊𝑡 𝑜𝑓 𝑁2 𝑖𝑛 𝑓𝑢𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑙.𝑊𝑡 𝑜𝑓 𝑁2
Tahap – 3. Persen kelebihan udara yang dipasok (EA)
% suplai udara berlebih = 7900 × [(𝐶𝑂2%)𝑡−(𝐶𝑂2%)𝑎] (𝐶𝑂2%)𝑎 × [(100−(𝐶𝑂2%)𝑡)]
Tahap – 4. Massa udara sebenarnya yang dipasok (AAS)
Massa sebenarnya = (1 + 𝐸𝐴 100 ) × 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠
Tahap – 5. Massa aktual gas buang kering
Massa gas buang kering = mass of CO 2 + mass of N 2 contentin fuel + mass of N 2 in the combustion air supplied + mass of oxygen in flue gas
Tahap – 6. Losses yang terjadi pada boiler
Heat loss karena gas buang kering (L1) merupakan kehilangan terbesar yang dapat dihitung dengan persamaan 5 berikut:
L1  = ṁ × 𝐶𝑝 × (𝑇𝑓−𝑇𝑎) 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢 𝑏𝑎𝑟𝑎 ×  100 (5)
Keterangan:
ṁ
= massa dry flue gas (kg/kg batu bara)
Cp = panas spesifik flue gas = 0,23 kCal/kg˚C Tf = temperatur flue gas (˚C) GCV  = nilai kalor atas bahan bakar (kkal/kg)
a) Heat loss karena steam dalam gas buang (L2)
Pembakaran hidrogen menyebabkan hilangnya panas karena produk dari pembakaran adalah air. Air ini akan diubah menjadi uap dan akan membawa panas pergi dalam bentuk panas laten pada persamaan 6 (Kholid Hermawan, 2020).
L2  = 9 × 𝐻2 × {548 + 𝐶𝑝 (𝑇𝑓−𝑇𝑎)} 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢 𝑏𝑎𝑟𝑎 𝑚𝑜 ×  100 (6) Keterangan: H 2 = persen massa hidrogen dalam 1 kg bahan bakar (kg) Cp = panas spesifik superheater = 0,45 kCal/kg˚C
Tf = temperatur flue gas (˚C) Ta = temperatur ambient (˚C) GCV
= nilai kalor atas bahan bakar (H 2 O)
b) Heat loss karena kandungan air bahan bakar (H 2 O) (L3)
Hilangnya kelembapan ini karena panas sensibel yang membawa uap air pada titik pemanasan, panas laten dari penguapan air yang mendidih, dan panas superheat yang diperlukan dalam membawa uap ini dengan temperatur dari gas buang. Kerugian ini dapat dihitung dengan rumus persamaan 7 sebagai berikut (Kholid Hermawan, 2020):
L3  = 𝑀 × {584+𝐶𝑝 (𝑇𝑓−𝑇𝑎)} 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢 𝑏𝑎𝑟𝑎 ×  100 (7) Keterangan: M = massa embun dalam bahan bakar 1 kg basis (kg) Cp = panas spesifik superheater = 0,45 kCal/kg (˚C) Tf = temperatur flue gas (˚C) Ta = temperatur ambient (˚C) GCV = nilai kalor atas bahan bakar (kkal/kg) c)
Heat loss karena kandungan air di udara H 2 O (L4)
Uap yang terbentuk karena kelembapan udara yang masuk merupakan superheat saat melewati boiler . Karena panas ini melewati cerobong,  maka  ini  merupakan  suatu  losses  pada boiler .  Untuk  menghubungkan  kerugian  ini  dengan  massa  batubara  yang  dibakar, kandungan  kelembapan  udara  pembakaran  dan  jumlah  udara  yang  dipasok  per  satuan  massa  batubara  yang  dibakar  harus  diketahui persamaan 8 (Kholid Hermawan, 2020).
L4  = 𝐴𝐴𝑆 × ℎ𝑢𝑚𝑖𝑑𝑖𝑡𝑦 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 × 𝐶𝑝 × (𝑇𝑓−𝑇𝑎) 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 ×  100 (8) Keterangan: AAS = massa udara actual yang disuplai (kg) Cp = panas spesifik superheater (kkal/kg˚C) Tf = temperatur flue gas (˚C) Ta = temperatur ambient (˚C) GCV = nilai kalor atas bahan bakar (kkal/kg)
Humidity factor = massa air yang terkandung dalam setiap kilogram udara kering (kg)
d) Heat loss karena pembakaran tidak sempurna (L5)
Rugi-rugi ini disebabkan oleh bahan yang tidak terbakar dalam residu. Hasil pembentukan dari pembakaran yang tidak sempurna bisa dicampur dengan oksigen dan dibakar kembali dengan keluaran lebih lanjut dari energi seperti gas buang boiler seperti pada persamaan 9. Produk boiler termasuk CO, H 2 dan berbagai hidrokarbon merupakan satu-satunya gas hasil konsentrasi yang dapat ditentukan dalam suatu tes pabrik boiler (Kholid Hermawan, 2020) .
L5  = %𝐶𝑂 𝑥 𝐶 %𝐶𝑂+%𝐶𝑂2 × 5744 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢𝑏𝑎𝑟𝑎 100 (9)
Ketika CO dalam ppm selama analisis gas buang menggunakan persamaan 10
L5  =  CO (in ppm)  ×  10 − 6  ×  Mf  ×  28  ×  5744 (10)
Keterangan:
CO
= volume CO di flue gas yang meninggalkan ekonomizer CO 2 = volume CO 2 aktual di flue gas
C = kandungan karbon dalam kg batubara (kg)
GCV = nilai kalor atas bahan bakar (kCal/kg) M f = konsumsi bahan bakar (kg/h)
e) Heat loss karena radiasi permukaan, konveksi dan yang tak terhitung (L6)
Jika area permukaan boiler dan suhu permukaan boiler diketahui, maka kita dapat menggunakan persamaan 11 seperti berikut (Kholid Hermawan, 2020):
L6= 0,548 × [ ( 𝑇𝑆 55,55 ) 4 - ( 𝑇𝐴 55,55 )] + 1,957 × (T S –Ta) 1,25 × sqrt of[ 196,85 𝑉𝑚+68,9 68,9 ] (11) f) Heat loss karena fly ash dan bottom ash
Rugi-rugi karena abu terbang ( fly ash ) (%) persamaan 12 dan persamaan 13
L7 = 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 𝑡 × 𝐺𝐶𝑉 𝑜𝑓 𝑓𝑙𝑦 𝑎𝑠ℎ 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢 𝑏𝑎𝑟𝑎 ×  100 (12)
Rugi-rugi karena abu dasar ( bottom ash ) %
L8 = 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑎𝑏𝑢 𝑝𝑒𝑟 𝑘𝑔 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 𝑡𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟 𝑡 × 𝐺𝐶𝑉 𝑜𝑓 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 𝑎𝑠ℎ 𝐺𝐶𝑉 𝑏𝑎𝑡𝑢 𝑏𝑎𝑟𝑎 ×  100 (13)

## 2.2. Data Boiler
Boiler yang digunakan di PKS Aek Loba PT Socfin Indonesia dengan spesifikasi sesuai dengan name plate yang ada pada ketel itu sendiri adalah sebagai berikut:
Merk : Atmindo Tipe : SFMW Boiler Kapasitas Uap : 40 ton/jam Temperatur Uap : 250 ˚ C Tekanan : 20 kg/cm 2 Temperatur Air Umpan : 90 ˚ C Temperatur Udara : 30 ˚ C Temperatur Gas Buang : 355 ˚ C
Jenis Bahan Bakar
: Cangkang dan serabut dengan perbandingan 1:5
Bahan bakar yang digunakan di PKS Aek Loba adalah cangkang dan serabut dengan komposisi yang dapat dilihat pada Tabel 1 dan Tabel 2 merupakan komposisi udara pembakaran.
Tabel 1 : Komposisi Bahan Bakar Unsur Cangkang Serabut Carbon (C) 61,34 40,00 Hidrogen (H 2 ) 3,25 4,25 Nitrogen (N 2 ) 2,45 22,29 Oksigen (O 2 ) 31,16 30,29 Abu 1,80 3,17 Total 100 100 Tabel 2 : Komposisi Udara Pembakaran Komposisi Massa (%) Volume (%) Nitrogen ( N 2 ) 77 79 Oksigen ( O 2 ) 23 21

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Analisis Nilai Kalor Bahan Bakar
Berdasarkan dari data bahan bakar yang menguraikan kandungan unsur kelapa sawit pada Tabel 15, maka komposisi 1 kg bahan bakar cangkang dan serabut sawit adalah seperti pada persamaan 15 sebagai berikut:
C= 1 6 (0,6134) + 5 6 (0,4)          = 0,4355 [kg/kg bahan bakar] (15) H
2 = 1 6 (0,0325)   + 5 6 (0,0425) = 0,0408 [kg/kg bahan bakar]
N 2 = 1 6 (0,0245)   + 5 6 (0,2229) = 0,1898 [kg/kg bahan bakar]
O 2 = 1 6 (0,3116)   + 5 6 (0,3029) = 0,30435 [kg/kg bahan bakar]
Abu      = 1 6 (0,018)  + 5 6 (0,0317) = 0,02941 [kg/kg bahan bakar]
Jumlah                                = 1 [kg/kg bahan bakar]
Maka dapat diperoleh nilai kalor atas (HHV) dan nilai kalor bawah (LHV) dari persamaan 16 dan 17 berikut:
HHV = 33950 C + 144200 (H 2 - 𝑂2 8 ) + 9400 S (16)
= 33950 (0,4355) + 144200 (0,0408 - 0,30435
8 ) + 9400 (0) = 14785,225 + 223,825077 = 15009,05 [kJ/kg] LHV = HHV – 2400 (9.H 2 ) (17) = 15009,05 – 2400 (9. 0,0408)
= 14127,77 [kJ/kg]

## 3.2. Analisis konsumsi bahan bakar
Berdasarkan data spesifikasi, maka jumlah laju pemakaian bahan bakar yang dibutuhkan dapat dihitung dengan persamaan 18 sebagai berikut:
ṁ bb = ṁ𝑢 (ℎ𝑢−ℎ𝑎) 𝜂𝑏.𝐿𝐻𝑉 (18)
Dimana:
Tu: 250˚C Pu: 20 bar T = 90 ˚C; h a = 376,94 kJ/kg T = 250; h = 2902,5 kJ/kg ṁu = 40 ton/jam
Maka kebutuhan bahan bakar berdasarkan spesifikasi alat dapat dilihat pada persamaan 19:
ṁbb = 40000
𝑘𝑔 𝑗𝑎𝑚 (2902,5−376,94)𝑘𝐽/𝑘𝑔 0,75 × 14127,77 𝑘𝐽/𝑘𝑔 (19) = 116099623,06 10595,8275 kg/jam
= 10957,10 kg/jam = 10,957 ton/jam
Hasil diatas adalah 40 ton/jam uap dengan tekanan 20 bar dan temperatur akhir 250˚C dengan efisiensi 75% membutuhkan bahan bakar 10,957 ton/jam.

## 3.4. Analisis kebutuhan udara pembakaran
Dalam menentukan kebutuhan udara pembakaran yang terdapat pada Tabel 2. Kkomposisi bahan bakar dan perbandingan cangkang dan serabut yaitu 1:5 dimana perbandingan ini merupakan penggunaan cangkang 16,67% dan serabut 83,3%:
C
= 43,55% 𝐻 2 = 4,08%
𝑁 2 = 18,98%
𝑂 2 = 30,435%
Abu = 2,941% Jumlah  = 100%
Pada bahan bakar cangkang dan serabut, komposisi kimia yang bereaksi dengan 𝑂 2 pada pembakaran sempurna adalah C dan 𝐻 2 dengan reaksi kimia sebagai berikut:
C+ 𝑂 2
𝐶𝑂 2 12 kg C+ 32 kg 𝑂 2 44 kg 𝐶𝑂 2 1 kg C + 2,667 kg 𝑂 2 3,667 kg 𝐶𝑂 2
Sehingga untuk setiap pembakaran 1 kg C membutuhkan sebanyak 32 12 kg 𝑂 2 dan pembakaran 0,4355 kg C sebagai berikut: = 0,4355 × 32
12
= 1,1613 [kg/kg bahan bakar] 2 𝐻 2 + 𝑂 2 2𝐻 2 𝑂
4 kg 𝐻 2 +32 kg 𝑂 2 36 kg 2𝐻 2 𝑂
1 kg 𝐻 2 + 8 kg 𝑂 2 9 𝑘𝑔 2𝐻 2 𝑂
Sehingga untuk setiap pembakaran 1 kg 𝐻 2 membutuhkan 8 kg 𝑂 2 dan pembakaran 0,0408 kg 𝐻 2 sebagai berikut:
= 0,0408 × 8 = 0,3264 [kg/kg bahan bakar]
Sedangkan jumlah oksigen ( 𝑂 2 ) yang terkandung di dalam bahan bakar cangkang dan serabut sebanyak 0,30435 kg. Oleh karena itu, jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk pembakaran 1 kg bahan bakar cangkang dan serabut pada proses stoikiometri yaitu: m 𝑂 2 = 1,1613 + 0,3264 – 0,30435 = 1,18335 [kg/kg bahan bakar]
Jumlah massa udara yang dibutuhkan untuk pembakaran 1 kg bahan bakar cangkang dan serabut pada proses stoikiometri yaitu:
( 𝑚 𝑢𝑑 )teo  = 100 23 × 1,18335 kg
= 5,145 [kg udara/kg bahan bakar]
Agar terjadi proses pembakaran sempurna maka ditambahkan Excess Air (EA) 50% maka massa udara secara aktual adalah
(𝑚 𝑢𝑑 )act = ( 𝑀 𝑢𝑑 )teo × (1 + EA)
= 5,145 × (1 + 0,5)
= 7,7175 [kg/kg bahan bakar]
𝑚 𝑢𝑑 excess = (𝑚 𝑢𝑑 )act – ( 𝑚 𝑢𝑑 )teo
= 7,7175 – 5,145 = 2,5725 [kg udara/kg bahan bakar]
Sehingga jumlah udara pembakaran yang dibutuhkan untuk setiap jam di dalam ruang bakar dapat ditentukan dalam persamaan 20 sebagai berikut:
(𝑚 𝑢𝑑 )act total = (𝑚 𝑢𝑑 )act × ṁ 𝑏𝑏 (20)
= 7,7175 × 10957,10 kg/jam = 84561,41 [kg udara/jam]
= 84,56141 ton/jam

## 3.5. Analisis gas asap pembakaran
Dari reaksi proses pembakaran sebagai berikut:
C + 𝑂 2
𝐶𝑂 2
1 kg C+ 32 12 kg 𝑂 2 44 12 kg 𝐶𝑂 2
Sehingga untuk 0,4355 kg C menghasilkan = 44 12 kg 𝐶𝑂 2 × 0,4355
= 1,5968 kg 𝐶𝑂 2 2 𝐻 2 + 𝑂 2
2𝐻 2 O 1 kg 𝐻 2 + 32 4 kg 𝑂 2 36
4 kg 2𝐻 2 O Sehingga untuk 0,0408 kg 𝐻 2 menghasilkan = 9 kg 2𝐻 2 O × 0,0408
= 0,3672 kg 2𝐻 2 O Jumlah massa oksigen bebas dalam gas asap adalah:
Massa 𝑂 2 excess = 23 100 × (𝑚 𝑢𝑑 )act (21)
=
23 100 × 7,7175 = 1,775 kg 𝑂 2 Jumlah massa nitrogen bebas dalam gas asap adalah:
Massa 𝑁 2 excess = 77 100 × (𝑚 𝑢𝑑 )act + 𝑁 2 dalam bahan bakar = 77 100 × 7,7175 + 0,1898 = 6,1322 kg 𝑁 2
Jadi total gas asap yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar dengan basis 1 kg adalah seperti pada persamaan 21berikut: 𝑚 𝑔(𝑎𝑘𝑡) = 1,5968 + 0,3672 + 1,775 + 6,1322
(21) = 9,8712 [kg gas asap/kg bahan bakar]
Maka jumlah gas asap yang dihasilkan dari bahan bakar cangkang dan serabut adalah sebesar:
𝑚 𝑔 = 𝑚 𝑔 × ṁ 𝑏𝑏 = 9,8712 × 10957,10 = 108159,72 kg gas asap/jam

## 3.6. Analisis efisiensi
Berikut perhitungan efisiensi boiler sebagai berikut:
Air umpan boiler : - Temperatur
= 90 [˚C] Uap yang dihasilkan : - Temperatur = 250 [˚C] : - Tekanan = 20 [bar] : - ṁu = 40 [bar] Bahan bakar : - Nilai Kalor (LHV) = 14127,77 [kJ/kg] : - mbb = 10957,10 [kg/jam] T = 90 ˚C h a = 376,94 kJ/kg
Entalpi uap (h u ) pada T u = 250 ˚C dan P u = 20 bar: T = 250; h = 2902,5 kJ/kg
Maka didapat efisiensi boiler dengan menggunakan persamaan 22 sebesar:
η b
= 𝑄𝑖𝑛 (𝐻𝑒𝑎𝑡 𝑂𝑢𝑡𝑝𝑢𝑡) 𝑄𝑜𝑢𝑡 (𝐻𝑒𝑎𝑡 𝐼𝑛𝑝𝑢𝑡) ×  100% (22)
= 𝑚𝑢 (ℎ𝑢−ℎ𝑎) ṁ𝑏𝑏.𝐿𝐻𝑉 ×  100%
= 40000 𝑘𝑔 𝑗𝑎𝑚 (2902,5−376,94)𝑘𝐽 𝑘𝑔 10957,10  .  14127,77 kJ jam ×  100%
= 116099623,06 154799388,667 = 75%

## 3.7. Identifikasi potensi penghematan
Kinerja  boiler  menunjukan  efisiensi  75%  dengan  melakukan  perhitungan  rasio  udara  sebagai  bagian  dari  audit  boiler  maka didapatkan.
Rasio Udara = Udara Pembakaran Aktual / Udara Pembakaran Teoritis
= 7,7175 kg udara
kg bahan bakar
5,145 kg udara
kg bahan bakar
= 1,5 Temperatur gas buang pada pada boiler menunjukkan 355˚C dan hasil pengukuran komposisi gas buang menghasilkan rasio udara adalah 1,5 dari Gambar 2. panas hilang ke cerobong, energi sensibel yang terdapat pada gas buang kecerobong sebesar 20% dari energi input

## Gambar 2 : Panas Hilang Cerobong vs Rasio Udara
Jika rasio udara diturunkan misalnya dari 1,5 menjadi 1,3 maka jumlah energi hilang melalui gas buang akan  turun dari 20% menjadi 15%. Ini berarti dengan hanya pengurangan rasio udara dari 1,5 menjadi 1,3 mengakibatkan energi terbuang melalui cerobong berkurang sebesar (20-15) % atau sama dengan 5%. Berkurangnya rugi-rugi energi melalui cerobong berarti penghematan bahan bakar pada boiler sebesar : 5 0.75 = 6,6% , angka 0,75 adalah efisiensi boiler Rata-rata penggunaan bahan bakar adalah
: [ton/jam] Setelah dilakukan penghematan : 10,957 – 6,667%
: 10,226 [ton/jam]
Pada Gambar 2 disebutkan bahwa semakin rendah temperatur gas pembakaran semakin sedikit energi terbuang , demikian juga rasio udara, semakin rendah persentase rasio udara semakin sedikit energi yang terbuang, atau dengan kata lain efisiensi pembakaran semakin meningkat. Secara teoritis penghematan maksimal terjadi pada rasio udara sama dengan 1, tetapi jika dalam praktek rasio udara dibuat 1, maka bahan bakar cenderung tidak terbakar dengan sempurna yang ditandai dengan munculnya CO atau asap hitam dalam gas buang. Penurunan rasio udara yang terlalu banyak akan berakibat menurunkan efisiensi dan simping itu juga cenderung menimbulkan munculnya gas CO pada gas buang yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia.

## 3.8. Pembahasan
Boiler yang digunakan adalah water tube boiler dengan kapasitas sesuai spesifikasi 40 ton/jam; efisiensi 70%; bahan bakar tipe kalori rendah dengan kebutuhan bakar teoritis 10,957 ton/jam. Kebutuhan udara pembakaran teoritis sesuai dengan komposisi unsur dalam bahan bakar adalah 5,145 kg udara/kg bahan bakar dengan excess air supplied sebesar 2,5725 kg udara/kg bahan bakar sehingga kebutuhan udara aktualnya 7,7175 kg udara/kg bahan bakar. Peningkatan efisiensi ataupun penghematan dapat diperoleh dengan jalan pengendalian rasio udara dan bahan bakar. Pengendalian ini akan menurunkan rasio udara dari 1,5 menjadi 1,3. Hal ini akan mengurangi rugi-rugi gas buang dari 20% menjadi 15%, sehingga terjadi penghematan bahan bakar sebesar 5%. Peluang penghematan pada boiler berbahan bakar cangkang dan serabut dengan kapasitas 20 Ton/Jam di PKS Pagar Merbau mendapatkan efisiensi boiler adalah 70,10% dimana potensi penghematan rasio udara pembakaran dari 1,5 menjadi 1,3 yang dapat menghemat bahan bakar sebesar 2% (Dhea gultom, 2019). Melihat perbandingan tersebut menyatakan peningkatan efisiensi dan penghematan energi pada boiler dapat diperoleh dengan jalan pengendalian rasio udara dan bahan bakar. Apabila temperatur stack gas keluar dari boiler dapat dibuat rendah dan persentase excess air pada udara dibuat sesedikit mungkin, ini artinya mengurangi rugi- rugi energi pada gas buang, dengan kata lain efisiensi pembakaran meningkat menjadi optimal.

## 4. KESIMPULAN
Proses audit energi (pengukuran, analisa data dan perhitungan) dapat melakukan penghematan bahan bakar sebesar 5%, sehingga kerja boiler agar tekanan stabil pada angka 20 bar dan hal ini terjadi akibat kekurangan bahan bakar. Untuk menjaga parameter kinerja boiler, seperti  efisiensi  dan  rasio  penguapan  berkurang  disebabkan  buruknya  pembakaran,  kotornya  permukaan  penukar  panas  dan buruknya operasi dan pemeliharaan. Manajemen pembakaran dan manajemen air umpan merupakan parameter konservasi energi yang perlu dijaga untuk mempertahankan lifetime boiler yang lebih lama. Manajemen pembakaran dimaksudkan untuk mendapatkan kondisi pembakaran suatu bahan bakar yang boiler optimum dan menjaga agar pembakaran selalu berada pada rasio udara rendah. Sedangkan manajemen air umpan pada boiler dimaksudkan untuk mendapatkan performansi yang lebih baik dalam jangka waktu yang panjang.

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan rasa syukur karena berkat dan rahmat yang maha kuasa penulis dapat menyelesaikan artikel ini, serta terima kasih yang  sedalamnya  karena  dukungan  finansial  yang  diberikan  oleh  Direktorat  Akademik  Pendidikan  Tinggi  Vokasi  Direktorat  Jenderal Penididikan  Vokasi  Kementerian  Pendidikan,  Kebudayaan,  Riset,  dan  Teknologi  melalui  Pusat  Penelitian  Pengabdian  Masyarakat, Politeknik Negeri Medan.

## DAFTAR PUSTAKA
Ariyanto. (2009). Perancangan Sistem Pengendalian Level Deaerator menggunakan Fuzzy Gain Scheduling . Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
Balai Besar Teknologi Energi. (2015). Teknologi Pencegahan Pencemaran Industri. Jakarta. Direktorat Jenderal Energi Baru Terbarukan dan Konservasi Energi Kementrian ESDM.
Daryanto. (2015). Teknik Pesawat Tenaga. Jakarta. Bumi Aksara Jakarta.
Djokosetyardjo, M.J. (2016). Ketel Uap. Jakarta. CV Pelita Kasih.
Hermawan, K., (2020). Peluang Penghematan Energi Pada Boiler di PT Indo Barat Rayon. Jurnal Teknik Energi 10 , 19-23.
Syamsir, M. (2010). Pesawat-Pesawat Konversi I (Ketel Uap). Jakarta. CV Rajawali.
Naibaho, P. (2016). Teknologi Pengolahan Kelapa Sawit. Medan. Pusat Penelitian Kelapa Sawit.
Pudjanarsa, A., Narsunud, D. (2008). Mesin Konvesi Energi. Yogyakarta. CV Andi Offset.
Sanjaya, W.D. (2018). Analisis Pengaruh Penggunaan Energi Terhadap Output Produksi Industri. Semarang. Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Winarto, S. (2019). Penghematan Energi Pada Sistem Boiler. Swara Patra 2 , 35-42.