## SINERGI Polmed : JURNAL ILMIAH TEKNIK MESIN
Homepage jurnal: http://ojs.polmed.ac.id/index.php/Sinergi/index
PEMANFAATAN EMPTY FRUIT BUNCH PRESS SEBAGAI BAHAN BAKAR PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA UAP
Henny Ernita Pardosi a* , Ilham Saufi a , Yunus Daeli b , Husin Ibrahim a,c
a Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan, Jl. Almamater No.1, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota medan, Sumatera Utara 20155, Indonesia
b PLTU Growth Asia Jl. K.L. Yos Sudarso Km 10,5. Kawasan Industri Medan, Sumatera Utara, Medan, Indonesia
c Pusat Energi Baru Terbarukan, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Medan, Jl. Almamater No.1, Padang Bulan, Kec. Medan Baru, Kota medan, Sumatera Utara 20155, Indonesia Medan, Indonesia
E-mail: hennyernita@students.polmed.ac .id (H. E. Pardosi) Tel.: + 62 821-6276-9722
I N F O A R T I K E L

## Riwayat artikel:
Diajukan pada 29 Oktober 2022 Direvisi pada 26 November 2022 Disetujui pada 8 Desember 2022 Tersedia daring pada 25 Februari 2022
Kata kunci: Bahan Bakar, biomassa, boiler , efisiensi
Keywords:
Fuel, biomass, boiler, efficiency A B S T R A K
Empty Fruit Bunch (EFB) merupakan salah satu bahan bakar biomassa yang potensial untuk menghasilkan bahan bakar bio karena ketersediaannya yang melimpah. Studi ini fokus  membahas  tentang  analisis  penggunaan  EFB  sebagai  bahan  bakar  Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Metode pengambilan data pada penelitian ini dengan cara metode pengkajian efisiensi ketel uap dan perhitungan efisiensi ketel uap dengan metoda langsung. Komposisi dari berbagai macam bahan bakar dan nilai kalor dari bahan bakar juga dibahas pada penelitian ini. Ketel uap berasal dari kata “ boil ” yang memiliki arti mendidih atau menguap sehingga pengertian ketel uap adalah salah satu mesin konversi energi  dengan  bejana  tertutup  dan  bertekanan  yang  berfungsi  untuk  memanaskan  air dengan  menggunakan  panas  hasil  pembakaran  bahan  bakar.  Panas  hasil  pembakaran dialirkan  ke  air  sehingga  menghasilkan  steam  dan  memiliki  tekanan  tinggi  yang dimanfaatkan untuk memutar turbin. Energi kimia yang tersimpan dalam bahan bakar akan dikonversi menjadi energi panas yang ditransfer ke fluida kerja. Salah satu ketel uap yang digunakan di PLTU Growth Asia adalah ketel uap pipa air dengan bahan bakar efb press 10,6%, fiber 28,21% kayu giling 57,05%, tongkol jagung 3,12% dan sekam padi 1,02%. Ketel uap tersebut bekerja pada tekanan 35 bar dengan produksi uap 66,245 Ton uap/jam dan suhu 373⁰C. Jumlah panas yang dibutuhkan untuk memproduksi uap adalah  284379849,3645  kJ/jam.  Performansi  ketel  uap  memiliki  efisiensi  thermal 63,26%.
A B S T R A C T
Empty  Fruit  Bunch (EFB) is  one  of  the  potential  biomass  fuels  to  produce  biofuels because of its abundant availability. This study focuses on discussing the analysis of the use of EFB as fuel for Steam Power Plants. The method of data collection in this study was the method of assessing the efficiency of the boiler and calculating the efficiency of the boiler using the direct method. The composition of various fuels and the calorific value of the fuel is also discussed in this study. The steam boiler comes from the word “boil” which means to boil or evaporate so that the definition of a steam boiler is an energy conversion machine with a closed and pressurized vessel that functions to heat water using the heat from the combustion of fuel. The heat from the combustion is flowed into  the  water  to  produce  steam  and  has  a  right  pressure  which  is  used  to  turn  the turbine. Chemical energy stored in the fuel will be converted into heat energy which is transferred to the working fluid. One of the steam boilers used at PLTU Growth Asian is a water tube boiler with fuel EFB press 10,6% , fiber 28,21%, milled wood 57,05%, corn cobs 3,12% and rice husk 1,02%. The steam boiler works at a pressure of 35 bar with  a  steam  production 66,245 tons  or  steam/hour  and  a  temperature  of  373 ⁰C .  the amount of heat needed to produce steam is 284379849,3645 kJ/hour. The performance of the steam boiler has thermal efficiency of 63,26%.

## 1. PENGANTAR
Energi merupakan bagian penting dalam kehidupan manusia, karena hampir semua aktivitas manusia membutuhkan energi. Kebutuhan energi juga diiringi dengan peningkatan kesejahteraan masyarakat Pembangkit tenaga listrik merupakan salah satu penyedia kebutuhan listrik yang paling banyak di Indonesia dan kebutuhan ini telah menjadi kebutuhan pokok ( primer ). Salah satu pusat pembangkit tenaga yang  menghasilkan  energi  listrik  adalah  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU).  Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap  (PLTU)  adalah pembangkit yang mengandalkan energi kinetik yang berasal dari uap ( steam ) untuk menghasilkan energi listrik. Generator merupakan bentuk utama dari pembangkit listrik tenaga uap. yang dimana generator yang dihubungkan ke turbin, diperlukan adanya energi kinetik dari uap kering untuk memutar turbin. Proses konversi energi pada PLTU berlangsung melalui 3 tahapan yaitu energi kimia dalam bahan bakar akan diubah menjadi energi panas dalam bentuk uap yang bertekanan dan temperatur tinggi, ini merupakan tahap pertama. Energi panas dalam bentuk uap tersebut akan diubah menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran oleh turbin yang merupakan tahap kedua. Lalu energi mekanik akan diubah menjadi energi listrik oleh generator dan merupakan tahap terakhir. Boiler atau ketel uap adalah suatu alat atau bejana tertutup yang bertekanan dan dirancang sedemikian rupa untuk menghasilkan uap ( steam ) yang kemudian dibuat menjadi uap  super  panas  dan  dengan  sifat  dan  kondisi  tertentu  untuk  menggerakkan  turbin  agar  menghasilkan  listrik  (Syamsir,  2010). Boiler berfungsi sebagai tempat terjadinya pemanasan air sebagai bahan baku utama untuk pembentukan uap. Pada proses konversi energi ketel uap berfungsi mengkonversikan energi kimia yang terkandung dalam bahan bakar dan diubah menjadi energi panas yang ter transfer ke fluida kerja. Produksi uap dalam boiler dihasilkan dari pemanasan air hingga menjadi uap, sehingga pada akhirnya akan bertekanan dan ber temperatur tinggi. Disamping tekanan dan panasnya, sifat uap juga mempunyai kecepatan yang sangat tinggi dengan menggunakan prinsip beda tekanan dari tekanan tinggi ke tekanan yang rendah (Syamsir, 2010,).

## 1.1. Empty Fruit Bunch (EFB)
Salah satu sumber energi terbarukan adalah energi biomassa yang berasal dari limbah padat hasil Pengolahan Kelapa Sawit (PKS). Salah satu contoh limbah padat tersebut adalah Tandan Kosong Sawit/ Empty Fruit Bunch (EFB) (Sitorus, 2013). Potensi dan kekayaan sawit Indonesia, bisa dimanfaatkan untuk menjadi sumber energi terbarukan yang murah dan mudah didapatkan. Khususnya sumber energi yang berhubungan dengan pembangkitan listrik. Hal ini mengingat potensi yang dimiliki oleh kelapa sawit sebagai bahan bakar pembangkit listrik, baik yang berasal dari produk utama maupun hasil samping, dengan cara pembakaran biomasa menjadi uap, maupun minyak kelapa sawit sebagai bahan bakar mesin diesel (Zulfikar dkk., 2018).

## 1.2. Ketel Uap
Ketel uap sendiri atau Boiler berasal dari kata “ boil ” yang memiliki arti mendidih dan menguap, dari mula kata inilah ketel uap atau boiler dapat dikatakan sebagai suatu alat untuk mengkonversikan energi, karena dapat mengubah energi panas hasil pembakaran bahan bakar menjadi energi potensial uap. Syamsir (2010) menyatakan bahwa boiler atau ketel uap merupakan salah satu mesin konversi energi dengan wadah tertutup yang berfungsi untuk menghasilkan uap, yang energi kinetik nya dimanfaatkan untuk memutar turbin. Sistem pada boiler terbagi menjadi beberapa bagian yaitu sistem air umpan, sistem steam , dan sistem bahan bakar (Syamsir, 2010). Sistem umpan air menyediakan air kepada boiler dan mengaturnya secara otomatis untuk memenuhi kebutuhan uap air. Sistem uap air yaitu mengumpulkan dan  mengendalikan  produksi  uap  air  di  dalam boiler .  Pada  keseluruhan  sistem,  tekanan  uap  air  diatur  menggunakan  katup  dan  diukur dengan alat pengukur tekanan uap air. Sedangkan sistem bahan bakar meliputi semua peralatan yang digunakan untuk menyuplai bahan bakar guna menghasilkan panas yang diperlukan. Peralatan yang digunakan dalam sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan. Air umpan ( feed water ) adalah air yang dialirkan ke dalam boiler yang akan diubah menjadi uap air . Dua sumber pada air umpan adalah uap air yang di kondensasi kan kembali dari proses (kondensat) dan air baku yang diolah ( make up water ) yang harus didatangkan dari luar ruang boiler dan bagian proses (Syamsir, 2010; Djokosetyardjo, 2016). Pada peningkatan efisiensi boiler digunakan economizer sebagai tempat pemanasan awal air.

## 1.3. Prinsip Kerja Ketel Uap
Prinsip kerja ketel  uap  ( boiler) sebenarnya  cukup sederhana sama  seperti  pada  saat  kita  sedang mendidihkan  air menggunakan panci. Proses pendidihan air tersebut akan selalu diiringi proses pemindahan panas yang melibatkan bahan bakar, udara, material wadah air,  serta  air  itu  sendiri.  Proses  perpindahan  panas  ini  mencangkup  tiga  jenis  perpindahan  panas  yang  sudah  sangat  kita  kenal  yakni konduksi, konveksi dan radiasi. pada boiler proses perubahan air menjadi uap terjadi dengan memanaskan air yang berada di dalam pipa- pipa dengan memanfaatkan panas dari hasil pembakaran bahan bakar. Energi panas akan terpancar secara radiasi ke pipa - pipa evaporator sehingga dapat memanaskan pipa tersebut. Pembakaran dilakukan secara kontinu di dalam ruang bakar dengan mengalirkan bahan bakar dan udara dari luar . Panas yang terserap oleh permukaan pipa akan secara konduksi berpindah ke sisi permukaan dalam pipa. Di dalam pipa mengalir air yang terus menerus menyerap panas tersebut. Proses penyebaran panas antar molekul air di dalam aliran ini terjadi secara konveksi. Uap yang dihasilkan boiler adalah uap panas lanjut ( superheat ) dengan tekanan dan temperatur tinggi. Secara bertahap air akan berubah fase menjadi uap basah (saturated steam ) dan dapat berlanjut hingga menjadi uap kering ( superheated steam ). Jumlah produksi uap  tergantung  pada  luas  permukaan  pemindahan  panas,  laju  aliran  dan  panas  pembakaran  yang  diberikan  (Djokosetyardjo,  2016;  El- Wakil, M.M, 2016).

## 1.4. Klasifikasi Ketel Uap

## 1.1.1 Ketel pipa api (Fire tube boiler)
Pada ketel uap pipa api terjadi proses dimana gas panas hasil pembakaran dilewatkan pada tube , sementara itu air berada dalam sisi  shell,  sehingga  terjadi  perpindahan  panas  yang  mengakibatkan  air  berubah  menjadi  uap.  Karakteristik  dari  ketel  uap  pipa  adalah menghasilkan kapasitas dan tekanan uap yang rendah. Ketel  pipa api dapat  menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya (Doli Permana, 2013). Cara kerja dari ketel uap pipa api adalah proses kerja terjadi dalam pipa, kemudian panas yang dihasilkan langsung dihantarkan ke dalam boiler yang berisi air. Kapasitas dan tekanan yang dihasilkan oleh ketel uap akan mempengaruhi besar dan konstruksi ketel uap. Ketel uap pipa api dapat dilihat pada Gambar 1 berikut (Anky Puspawan dkk, 2016):
Gambar 1: Ketel pipa api ( fire tube boiler )

## 1.1.2 Ketel pipa air (Water tube boiler)
Ketel uap pipa air pada prosesnya berbanding terbalik dengan fire tube boiler , dimana air yang dialirkan di dalam tube, sedangkan proses pembakaran berada di luar tube ( shell ). Karakteristik dari ketel uap pipa air adalah menghasilkan kapasitas dan tekanan steam yang tinggi. Boiler ini dipilih  jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangan tinggi seperti  pada  kasus boiler pembangkit tenaga  (Syamsir, 2010). Cara kerja dari ketel uap pipa air ini adalah air yang mengalir di dalam pipa – pipa terjadi proses pengapian,, yang dimana pemanasan air  dilakukan  oleh  gas  –  gas  asap  yang  beredar  di  sekitar  pipa  itu.  Ketel  uap  pipa  air  dapat  dilihat  pada  gambar  2  dibawah  ini  (Anky Puspawan dkk., 2016):
Gambar 2: Ketel pipa air ( water tube boiler )

## 1.5. Proses Pembentukan Uap
Proses terbentuknya uap terjadi melalui perubahan energi panas pada proses pembakaran bahan bakar menjadi energi panas dalam bentuk uap. Panas hasil pembakaran tersebut digunakan untuk menaikkan entalpi air sampai terbentuk uap air yang mengandung energi dalam yang disimpan dalam bentuk panas dan tekanan.Pembentukan uap pada ketel uap, bahan bakar dan udara dimasukan ke dalam ruang dapur dan terjadi proses pembakaran. Gas – gas dari hasil pembakaran akan melewati evaporator, superheater , dan akhirnya akan dibuang ke atmosfer melalui cerobong asap, sedangkan pada air pengisi, setelah mengalami pemanasan pada deaerator, lalu dimasukan ke dalam evaporator  selanjutnya  uap  jenuh  dipanaskan  lanjut  pada  alat  yang  disebut superheater ,  akhirnya  diperoleh  uap  panas  lanjut  atau superheated  steam  (El-Wakil,  M.M,  2016).  Pada  gambar  3  di  bawah  ini  merupakan  proses  perubahan  fasa  dari  air  menjadi  uap  yang digambarkan dalam bentuk diagram T-S (Dwi kusuma anton, 2011).
Gambar 3: Diagram T-S

## 2. METODE

## 2.1. Metode pengkajian efisiensi ketel uap
Untuk  menghitung  efektivitas efisiensi  pada  ketel  uap (boiler )  didapat  dari  perbandingan  antara  energi  yang  dipindahkan  atau diserap oleh fluida kerja di dalam ketel dengan memasukan energi kimia dari bahan bakar (Djokosetyardjo, 2016).

## 2.1.1 Nilai Kalor (Heating Value)
Nilai  kalor  pembakaran  tertinggi  atau high  heating  value adalah  nilai  pembakaran  dimana  panas  pengembunan  air  dari  proses pembakaran ikut diperhitungkan sebagai panas dari proses pembakaran. Uap air yang terbentuk dari hasil pembakaran dicairkan terlebih dahulu sehingga panas pengembunan nya turut dihitung sebagai panas pembakaran yang terbentuk (Syamsir, 2010). Besarnya nilai kalor pada bahan bakar tertinggi dapat dilihat sesuai pada persamaan 1 sebagai berikut:
HHV  =  33950C  +  14420 (H – O₂/8) +  9400S  [kJ/kg] (1)
Nilai kalor  pembakaran  rendah  atau low heating value juga  dikenal  dengan  adalah  nilai  pembakaran dimana panas pengembunan uap air dari hasil pembakaran tidak ikut dihitung sebagai panas dari proses pembakaran. Uap air yang terbentuk dari hasil pembakaran tidak perlu dicairkan terlebih dahulu, sehingga panas pengembunan nya tidak ikut dihitung dengan panas pembakaran dari bahan bakar tersebut  (Syamsir,  2010).  Besarnya  nilai  kalor  pada  bahan  bakar  terendah  berdasarkan  persamaan  dulong  dan  petit  dapat  dilihat  dari persamaan 2 berikut (Syamsir, 2010).
LHV = HHV − 2400 (H₂O + 9H 2 ) + 9400S [kJ/kg] (2)

## 2.1.2 Gas Asap
Reaksi pembakaran akan menghasilkan gas baru. Gas asap adalah senyawa-senyawa yang merupakan hasil dari reaksi pembakaran (Djokosetyardjo, 2013). Berat gas asp teoritis (ṁg.teo) dapat dinyatakan pada persamaan 3 sebagai berikut:
ṁg.teo = ṁu.teo + (1-A) Kg/kgBB (3)
Dimana, A = Kandungan abu dalam bahan bakar ( ash )
Karbon (C) terbakar menjadi CO₂ menurut persamaan 4 sebagai berikut:
C + O₂ → CO₂ (4) 12 kg C + 32 kg O₂ → 44 kg CO₂
1 kg C  + 32 12 kg O₂ 44 12 → kg CO₂ 1 kg C + 2,67 kg O₂ → 3,67 kg CO₂
Hidrogen (H) terbakar menjadi H₂O menurut persamaan 5 sebagai berikut:
2H₂ + O₂ → 2H₂O (5) 4 kg H₂ + 32 kg O₂ → 2 × 18 kg CO₂ 1 kg H₂ + 32 12 kg O₂ 44 12 → 2×18 4 kg CO₂ 1 kg H₂ + 8 kg O₂ → 9 kg CO₂
Belerang (S) terbakar menjadi SO₂ menurut persamaan 6 sebagai berikut:
S + O₂ → SO₂ (6) 12 kg C + 32 kg O₂ → 44 kg CO₂
32 kg S  + 32 kg O₂  → 64 kg SO₂ 1 kg S + 1 kg O₂ → 2 kg SO₂
Maka untuk menghitung berat gas asap pembakaran perlu dihitung dulu masing – masing komponen gas asap tersebut:
Berat CO₂ = 3,67 CO₂ Kg/kgBB Berat H₂O = 9 H Kg/kgBB Berat SO₂ = 2SO₂ Kg/kgBB Berat N₂ = (77 % × ṁu.act ) + N₂ Kg/kgBB Berat O₂ = (23 % × EA) ṁu.teo Kg/kgBB

## 2.2. Perhitungan Efisiensi Ketel Uap dengan Metode Langsung
Persamaan 7 dan 8 yang digunakan dalam menghitung efisiensi boiler dengan metode langsung ( direct ) sebagai berikut (Febianto dkk., 2019; Pravitasari dkk., 2017)
Efisiensi Boiler = 𝑝𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑚𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘𝑎𝑛 𝑢𝑎𝑝 𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑢𝑎𝑝 ×100 % (7)
atau
Efisiensi Boiler = 𝑊𝑠(ℎ𝑢−ℎ𝑎) 𝑊𝑓𝑓 𝑥 𝐿𝐻𝑉 × 100 % (8)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Baham Bakar Ketel Uap
Tabel 1 di bawah ini merupakan jumlah pemakaian bahan bakar yang digunakan pada PLTU Growth Asia. Adapun bahan bakar yang digunakan adalah bahan bakar padat seperti: EFB Press , Fiber, Kayu giling, Tongkol jagung, dan Sekam padi.
Tabel 1: Jumlah Pemakaian Bahan Bakar Water Tube Boiler PLTU Growth Asia KIM 3 Medan
Nama Bahan Bakar Jumlah Pemakaian Bahan Bakar (KgBB) EFB Press 46800 Fiber 124600 Kayu Giling 252000 Tongkol Jagung 13800 Sekam Padi 4500 Jumlah 441700

## 3.2. Komposisi bahan Bakar
Komposisi bahan bakar yang biasanya digunakan di PLTU Growth Asia KIM 3 Medan terdapat pada tabel 2. Unsur Nitrogen pada  EFB menunjukkan  yang  paling  tinggi  dibandingkan  dengan bahan  bakar  lainnya.  Hal  ini  sesuai  dengan  penelitian  (Chang,  2014; Suryadri dkk., 2021).
Tabel 2: Komposisi Bahan Bakar PLTU GROWTH ASIA KIM 3 MEDAN Nama Unsur EFB Press Fiber Kayu Giling Tongkol Jagung Sekam Padi Carbon (C) 48,56% 49,50% 45,35% 43,42% 48,73% Hidrogen (H) 4,38% 7,17% 6,12% 6,32% 5,91% Nitrogen (N) 1,27% 1,21% 0,27% 0,67% 0,64% Sulfur (S) 0,02% 0,38% 0,17% 0,07% 0,05% Oksigen (O) 40,19% 38,57% 41,05% 44,69% 31,30% Ash 5.58% 3.17% 7,04% 4,83% 13,37% Total 100% 100% 100% 100% 100%
Maka persentase komposisi bahan bakar adalah sebagai berikut:
C
= [ 10,60 100 × 48,56%] + [ 28,21 100 × 49,50%] + [ 57,05 100 × 45,35%] + [ 3,12 100 × 43,42%] + [ 1,02 100 × 48,73%]
C = 5,14736% + 13,963% + 25,872% + 1,354% + 0,497%
C = 46,883%
H = [ 10,60 100 × 4,38%] + [ 28,21 100 × 7,17%] + [ 57,05 100 × 6.12%] + [ 3,12 100 × 6,32%] + [ 1,02 100 × 5,91%]
H = 0,464% + 2,022% + 3,491% + 0,197% + 0,060%
H = 6,234% N = [ 10,60 100 × 1,27%] + [ 28,21 100 × 1,21%] + [ 57,05 100 × 0,27%] + [ 3,12
100 × 0,67%] + [ 1,02 100 × 0,05%]
N = 0,134% + 0,341% + 0,154% + 0,020% + 0,006% N = 0,655% S
= [ 10,60 100 × 0,02%] + [ 28,21 100 × 0,38%] + [ 57,05 100 × 0,17%] + [ 3,12 100 × 0,07%] + [ 1,02 100 × 0,05%] S = 0,02% + 0,107% + 0,096% + 0,002% + 0,0005% S = 0,2075% O₂
= [ 10,60 100 × 40,19%] + [ 28,21 100 × 38,57%] + [ 57,05 100 × 41,05%] + [ 3,12 100 × 44,69 %] + [ 1,02 100 × 31,30%]
O₂ = 4,260% + 10,880 % + 23,419 % + 1,394% + 0,319% O₂ = 40,272%
Ash    = [ 10,60 100 × 5,58% ] + [ 10,60 100 × 3,17% ] + [ 10,60 100 × 7,04% ] + [ 10,60 100 × 4,83% ]+ [ 10,60 100 × 13,37% ] Ash    = 0,511% + 0,894% + 4,016% + 0,150% + 0,136% Ash    = 5,707%

## 3.3. Nilai Kalor Bahan Bakar
Data nilai kalor bahan bakar EFB press, fiber, kayu giling, tongkol jagung dan sekam padi yang diperoleh dari PLTU GROWTH ASIA adalah sebagai berikut:
Nilai high heating value C = 46,883% atau 0,46883 H₂ = 6,234 % atau 0,06234 O₂= 40,272% atau 0,40272 S = 0,2075% atau 0,002075 Nilai high heating value dapat ditentukan berdasarkan persamaan 1:
HHV  = 33950C  +  14420(H  – 𝑂₂ 8 ) +  9400S  [kJ/kg]
HHV = 33950 (0,46883) + 14420 (0,06234 − 0,40272 8 ) + 9400 (0,002075) HHV = 15916,7785 + 170,4 + 1950,53 HHV = 18037,7085 kJ/kg Nilai Kadar air ( moisture ) dalam bahan bakar di PLTU GROWTH ASIA dapat dilihat pada tabel 3 berikut ini:
Tabel 2 : Nilai Moisture Bahan Bakar PLTU GROWTH ASIA KIM 3 MEDAN
Nama Bahan Bakar Nilai Mostuire Bahan Bakar EFB Press 48% Fiber 40% Kayu Giling 35% Tongkol Jagung 45% Sekam Padi 33%
Tabel 3 di atas merupakan nilai Moisture Bahan Bakar yang ada di PLTU Growth Asia KIM 3 Medan. Semakin tinggi nilai Moisture pada bahan bakar, maka nilai  kalornya  semakin  rendah.  Kualitas uap bergantung pada kualitas ruang bakar dan  bahan bakarnya. Sementara kualitas bahan bakar tergantung pada nilai kalornya. Nilai kalor bahan bakar berbanding terbalik dengan moisture content (kelembaban) yang dikandungnya(Victory Sitorus et al., 2013).
Nilai Kalor Pembakaran Rendah ( Low Heating Value ) LHV = HHV  −  2400 (M +  9H 2 ) +  9400S  [kJ/kg] LHV = 18037,7085 − 2400 (0,48 + 0,56106) LHV = 18037,7085 – 2498,544 LHV = 15539,1645 kJ/kg
Nilai Kalor Pembakaran Rendah Fiber HHV = 18037,7085 kJ/kg H₂ = 6,234%  = 0,06234 Moisture = 40% = 0,40 Maka,
LHV  = HHV  −  2400 (M  +  9H 2 ) +  9400S  [kJ/kg] LHV = 18037,7085 − 2400 (0,40+ 0,56106) LHV = 18037,7085 – 2306,544 LHV = 15731,1645 kJ/kg
Nilai Kalor Pembakaran Rendah Kayu giling
HHV = 18037,7085 kJ/kg H₂ = 6,234%  = 0,06234
Moisture = 35% = 0,35 Maka, LHV  = HHV  −  2400 (M +  9H 2 ) +  9400S  [kJ/kg] LHV = 18037,7085 − 2400 (0,35+ 0,56106) LHV= 18037,7085 – 2186,544 LHV = 15851,1645 kJ/kg
Nilai Kalor Pembakaran Rendah Tongkol Jagung HHV = 18038, 50725 kJ/kg H₂ = 6,234%  = 0,06234 Moisture = 35% = 0,45 Maka, LHV  = HHV−2400 (M +  9H 2 ) +  9400S  [kJ/kg] LHV = 18037,7085 − 2400 (0,45+ 0,56106) LHV = 18037,7085 – 2426,544 LHV = 15611,1645 kJ/kg
Nilai Kalor Pembakaran Rendah Sekam Padi HHV = 18037,7085 kJ/kg H₂ = 6,234%  = 0,06234 Moisture = 35% = 0,33 Maka, LHV  = HHV−2400 (M +  9H 2 ) +  9400S  [kJ/kg] LHV = 18037,7085 − 2400 (0,33+ 0,56106) LHV = 18037,7085 – 2138,544 LHV = 15899,1645 kJ/kg Maka didapat:
LHV Rata-rata = 𝐽𝑢𝑚𝑙𝑎ℎ 𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖 𝑏𝑎𝑛𝑦𝑎𝑘𝑛𝑦𝑎 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑎𝑘𝑎𝑟
LHV Rata- rata = (15539,1645+15731,1645+15851,1645+15611,1645+15899,1645)𝑘𝑗/𝑘𝑔 5 = 15726,3645 kJ/kg

## 3.4. Nilai Entalpi
Untuk mengukur berapa besar nilai entalpi yang sesungguhnya harus dilakukan pengukuran entalpi secara eksperimen yang tidak mudah. Hal ini dikarenakan, pada proses pirolisis, transfer massa terjadi dari bentuk padat ke bentuk padat, cair,dan gas, sehingga harus dilakukan pengamatan/pengukuran entalpi pada masing-masing jenis produk bahan bakar hasil pirolisis. Selain pengamatan yang dilakukan pada  tiap  jenis  bahan  bakar,  entalpi  yang  dihasilkan  selama  proses  juga  bukan  merupakan  variabel  konstan,  namun  entalpi  merupakan variabel yang terikat dengan temperatur (Wijayanti, 2015). Entalpi produk hasil pirolisis sebenarnya tidak bisa diasumsikan mempunyai nilai  konstan,  karena  selama  proses  pirolisis,  dekomposisi  termal  terjadi  tidak  hanya  secara  endotermik  tetapi  juga  secara  ekstoremik (Tanoue dkk., 2007).
Ws = 66,245 Ton/jam = 66345 Kg/jam Pu = 35 bar Tu = 373⁰C Ta = 105⁰C Wf = 18,083 Ton/jam = 18083 Kg/jam LHV = 15726,3645 kJ/kg Nilai entalpi air umpan (ha) pada temperatur Ta = 105⁰ diperoleh: Ta = 105⁰C Maka, didapat ha = 440,17 kJ/kg
Nilai entalpi (hu) pada temperatur Tu = 373⁰C dan tekanan Pu = 35 bar untuk tekanan P = 30 bar dan temperatur T = 373⁰C,maka: T   = 300⁰C h300⁰C  = 2993,5 kJ/kg Tu = 373⁰C h373⁰C  =………. kJ/kg
T = 400⁰C
h400⁰C  = 3230,9 kJ/kg
Maka digunakan interpolasi untuk mencari nilai entalpi hu30 𝑇𝑢−𝑇300⁰𝐶 𝑇400 0 𝐶−𝑇300⁰𝐶 = ℎ𝑢30−ℎ300⁰𝐶 ℎ400 0 𝐶−ℎ300⁰𝐶 373⁰𝐶−300⁰𝐶 400 0 𝐶−300⁰𝐶 = ℎ𝑢30−2993,5 ℎ400 0 𝐶−2993,5 73⁰𝐶 100⁰𝐶 = ℎ𝑢30−2993,5 237,4 hu30 = 2993,5 + 173,302 hu30 = 3166,802 kJ/kg
Untuk tekanan P = 40 bar dan temperatur T = 373 ⁰C diperoleh: T
= 300⁰C  h300⁰C  = 2960,7 kJ/kg Tu
= 373⁰C  h373⁰C  =……….kJ/kg
T = 400⁰C  h400⁰C  = 3213,6 kJ/kg Maka digunakan interpolasi untuk mencari nilai entalpi hu40
𝑇𝑢−𝑇300⁰𝐶 𝑇400 0 𝐶−𝑇300⁰𝐶 = ℎ𝑢40−ℎ300⁰𝐶 ℎ400 0 𝐶−ℎ300⁰𝐶 373⁰𝐶−300⁰𝐶
400 0 𝐶−300⁰𝐶 = ℎ𝑢40−2960,7 3213,6−2960,7 73⁰𝐶 100⁰𝐶 = ℎ𝑢40−2960,7 252,9 hu30 = 2960,7 + 184,617 hu30 = 3145,317 kJ/kg Maka, nilai untuk entalpi uap (hu) pada temperatur Tu = 373⁰C dan tekanan PU = 35 bar adalah:
𝑃𝑢−𝑃30 𝑃40−𝑃30 = ℎ𝑢−ℎ30 ℎ40−ℎ30 35−30 40−30 = ℎ𝑢−3166,802 3145,317−3166,802 5 10 = ℎ𝑢−3166,802 − 21,485 hu = 3166,802 − 10,74 hu = 3156,062 kJ/kg hu =  3156,062 kJ/kg Jumlah energi panas yang masuk dan penguapan (Q in dan Q out ) Jumlah energi panas yang masuk (Q in ) dapat dihitung berdasarkan persamaan 10 berikut:
Q in = Wf × (LHV) kJ/ jam (10) Q in = 18083 × (15726,3645) kJ /jam Q in = 284379849,254 kJ /jam
Atau berdasarkan pesamaan 11 sebagai berikut: Q in = (LHV) kJ /kgBB (11) Q in =  284379849,254 kJ /jam Jumlah energi panas penguapan/ evaporasi (Q out )  dapat dihitung berdasarkan persamaan 12 berikut:
Q out = Ws (hu - ha) kJ/jam
(12) Q out = 66245 (3156,062 – 440,17) kJ /jam Q out = 66245   2715,892 kJ /jam
Q out = 179914265,54 kJ /jam Atau berdasarkan persamaan 13 berikut:
Q out = We (hu - ha) kJ /kgBB (13) Q out = 𝑊𝑠 𝑊𝑓 (hu - ha) kJ /kgBB
Q out = 66245 18083 (3156,062 – 440,17) kJ /kgBB

## 3.5. Efisiensi thermal boiler (ƞboiler)
Efisiensi pada boiler adalah prestasi kerja atau tingkat unjuk kerja boiler atau ketel uap yang didapatkan dari perbandingan antara energi yang dipindahkan ke atau diserap oleh fluida kerja didalam ketel dengan masukan energi kimia dari bahan bakar. Untuk tingkat efisiensi pada boiler atau ketel uap tingkat efisiensinya berkisar antara 70% hingga 90% (Febianto dkk., 2019).
Efisiensi boiler (ƞ boiler ) = 𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑝𝑒𝑚𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘𝑎𝑛 𝑢𝑎𝑝 𝑃𝑎𝑛𝑎𝑠 𝑢𝑎𝑝 × 100%
Efisiensi boiler (ƞ boiler ) = 𝑊𝑠×(ℎ𝑢−ℎ𝑎) 𝑊𝑓 ×  𝐿𝐻𝑉 × 100%
Efisiensi boiler (ƞ boiler ) = 66245 ×(3156,062−440,17)
18083 × 15726,3645 × 100%
Efisiensi boiler (ƞ boiler ) = 179914265,54 284379849,254 × 100%
Efisiensi boiler (ƞ boiler ) = 63,26 %

## 3.6. Pembahasan
Berdasarkan tabel 1, jumlah pemakaian bahan bakar (KgBB) yang paling banyak di PLTU Growth Asia KIM 3 Medan adalah Kayu Giling sebanyak 252000, sedangkan sekam padi terhitung pemakaian bahan bakar yang paling sedikit, yaitu sekam padi. Jumlah pemakaian bahan bakar pada EFB berkisar pada 46800 KgBB. Komposisi bahan bakar untuk masing-masing bahan bakar yang digunakan pada PLTU Growth Asia KIM 3 Medan, Fiber menghasilkan unsur Carbon yang paling besar. Hal ini mengakibatkan temperatur nyala api semakin tinggi sehingga panas yang dihasilkan juga tinggi dan mengakibatkan efisiensi pembakaran menjadi lebih tinggi juga (Ariffin dkk., 2017;
Surya Pradana dkk., 2014; Suryadri dkk., 2021). Pada Tabel 3, EFB menunjukkan nilai Moisture yang paling besar. Semakin tinggi nilai moisture pada suatu bahan bakar, maka nilai kalornya semakin rendah. Selain itu, moisture yang tinggi juga membutuhkan biaya bahan bakar yang lebih besar setiap jamnya(Chang, 2014; Victory Sitorus dkk., 2013). Terlepas dari efek negatif yang tidak menguntungkan akibat dari moisture dan oksigen yang tinggi pada EFB press, akan tetapi ada beberapa kelebihan yang didapatkan, seperti meningkatkan karakteristik  aliran  oli,  berkontribusi  pada  profil  temperatur  yang  lebih  seragam  di  dalam  silinder  dan  meningkatkan  karakteristik pembakaran, dalam hal ini mengurangi emisi CO 2 . Selain itu, semakin rendah tingkat sulfur pada bahan bakar, maka manfaat kesehatan dan lingkungan juga bertambah (Chang, 2014).

## 4. KESIMPULAN
Jumlah kebutuhan bahan bakar yang dibutuhkan oleh water tube boiler pada PLTU Growth Asia Kim 3 Medan adalah 10,6% EFB press , 28,21% fiber 57,05% kayu giling, 3,12% tongkol jagung dan 1,02% sekam padi. Jumlah energi panas yang masuk ke ketel uap dari hasil pembakaran bahan bakar (Q in ) adalah 284379849,3645 kJ /jam atau 15726,3645 kJ /kgBB dengan nilai kalor pembakaran tinggi (HHV) sebesar 18037,7085 kJ/kg. Sedangkan jumlah energi yang diserap air umpan sampai terbentuknya uap dalam ketel uap/ penguapan (Q out ) adalah 179914265,54 kJ/jam atau 9949,35937289 kJ/kgBB. Jumlah panas ini dipengaruhi oleh konsumsi bahan bakar ketel uap dan nilai kalor pembakaran rendah pada saat pembentukan uap. Nilai efisiensi thermal dari water tube boiler atau ketel uap pipa air adalah 63,26%. Nilai efisiensi ketel uap dipengaruhi oleh nilai kalor yang terdapat pada bahan bakar dan kandungan air pada bahan bakar beserta udara yang berlebih. Sehingga untuk memperoleh pembakaran yang sempurna diperlukan jumlah bahan bakar dan udara yang seimbang,

## 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 Jurusan Teknik Mesin POLMED dalam menyelesaikan penelitian dibidang energi.

## DAFTAR PUSTAKA
Ariffin, M. A., Wan Mahmood, W. M. F., Harun, Z., & Mohamed, R. (2017). Medium-scale gasification of oil palm empty fruit bunch for power generation. Journal of Material Cycles and Waste Management 19 , 1244–1252.
Chang, S. H. (2014). An overview of empty fruit bunch from oil palm as feedstock for bio-oil production. Biomass and Bioenergy 62, 174– 181.
Djokosetyardjo, M J., (2016). Ketel Uap. Jakarta: PT. Pradnya Paramita. EL. Wakil, M.M. (2011). Powerplant Technology. India: Wakil. Febianto, I., Arsyad, M. I., Lubis, G. S., Program, Mesin, S. T., & Mesin, J. T. (2019). Studi Efisiensi Termal Boiler Menggunakan Direct
Method Pada Pltu Sungai Ringin Di Kabupaten Sintang.
Pravitasari, Y., Malino, M. B., Mara, N., Fisika, J., Matematika, F., Ilmu, D., Alam, P., Tanjungpura, U., Prof, J., Nawawi, H., Matematika,
J., & Pengetahuan, I. (2017). Analisis Efisiensi Boiler Menggunakan Metode Langsung. Prisma Fisika 5 , 9–12.
Surya Pradana, Y., Kurniawan, A., & Budiman, A. (2014). Bio-oil Derived from Indonesian Oil Palm Empty Fruit Bunch (EFB) using Middle-scale  Slow  Pyrolysis.  Conference:  International  Oil  Palm  Conference 201  diakses  pada  Agustus  2022  dari https://www.researchgate.net/publication/315483102
Suryadri, H., Sumantri, S. P., Nazarudin, D., Studi, P., Kimia,  T., Sains, F., Teknologi, D., &  Jambi, U. (2021). Potensi Tkks Sebagai Bahan Baku Bioetanol Dan Dimetil Eter Melalui Proses Gasifikasi. Perspektif, Rev.Pen. Tan. Industri 20 , 106–120.
Syamsir, M. (2010). Pesawat-Pesawat Konversi I (Ketel Uap). Jakarta: CV Rajawali.
Tanoue, K. I., Hinauchi, T., Oo, T., Nishimura, T., Taniguchi, M., & Sasauchi, K. I. (2007). Modeling of heterogeneous chemical reactions caused in pyrolysis of biomass particles. Advanced Powder Technology 18 , 825–840.
Victory Sitorus, Y., Natsir Amin, I. M., & Surya Tarmizi Kasim, I. (2013). Pengaruh Moisture Content EFB Terhadap Kurva Input Output PLTBs. Jurnal Singuda Ensikom 3, 88-93. Wijayanti, W. (2014). Pengidentifikasian Entalpi Bahan Bakar Padat ( Char ) dan Cair ( Tar ) Hasil Proses Pirolisis Biomasa. Rotor 7, 1-6. Zulfikar, M., Prayoga, E., & Dalimi, R. (2018). Disain Dan Analisa Pembangkitan Listrik Berbahan Bakar Tandan Kosong Kelapa Sawit Seminar Nasional Sains dan Teknologi 1, 1-9.