LAPORAN PRAKTIKUM PILOT PLANT Boiler Dosen Pembimbing : Ir. Dwi Nirwantoro, M.T.
Kelompok/Kelas : II / 2A-TKPB Anggota
: 1. Abdul Faza M
(151424001)
2. Afifah Nur Aiman (151424002) (151424002) 3. Agus Hermawan (151424003)
Tanggal Praktikum
: 13 September 2017
Tanggal Pengumpulan Praktikum
: 20 September 2017
PROGRAM STUDI DIPLOMA IV TEKNIK KIMIA PRODUKSI BERSIH JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG TAHUN 2017
DAFTAR ISI
BAB I. ..................................................................................................................................................... 3 PENDAHULUAN ................................................................................................................................. 3 1.1
Latar Belakang ...................................................................................................................... 3
1.2
Tujuan Praktikum ................................................................................................................ 3
BAB II .................................................................................................................................................... 4 LANDASAN TEORI ............................................................................................................................ 4 BAB III. .................................................................................................................................................. 8 METODOLOGI KERJA ..................................................................................................................... 8 3.1
Alat dan Bahan ...................................................................................................................... 8
3.2
Prosedur Kerja ...................................................................................................................... 8
BAB IV ................................................................................................................................................. 10 HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN ............................................................................. 10 4.1
Data Pengamatan ................................................................................................................ 10
4.2
Pengolahan Data ................................................................................................................. 11
4.3
Pembahasan ......................................................................................................................... 12
BAB V .................................................................................................................................................. 15 KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................................................... 15 5.1
Kesimpulan ..........................................................................................................................15
5.2
Saran .................................................................................................................................... 15
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................................... 16
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dewasa ini instalasi tenaga uap sekurang-kurangnya terdiri dari pembangkit uap atau yang dikenal dengan sebutan ketel uap yang berfundasi sebagai sarana untuk mengubah air menjadi uap bertekanan. Ketel uap dalam bahasa inggris disebut dengan nama boiler berasal dari kata boil yang berarti mendidihkan atau menguapkan,sehingga boiler dapat diartikan sebagai alat pembentukan uap yang mampu mengkonversi energi kimia dari bahan bakar padat ( padat cair dan gas ) yang menjadi energi panas. Uap yang dihasilkan dari ketel uap merupakan gas yang timbul akibat perubahan fase cairan menjadi uap atau gas melalui cara pendidihan yang memerlukan sejumlah energi dalam pembentukannya. Zat cair yang dipanaskan akan mengakibatkan pergerakan moleku-molekul menjadi cepat,sehingga melepas diri dari lingkungannya dan berubah menjadi uap. Air yang berdekatan dengan bidang pemanas akan memiliki temperature yang lebih tinggi (berat jenis yang lebih rendah) dibandingkan dengan air yang bertemperatur rendah, sehingga air yang bertemperatur tinggi akan naik kepermukaan dan air yang bertemperatur rendah akan turun. Peristiwa ini akan terjadi secara terus menerus (sirkulasi) hingga berbentuk uap. Uap yang dihasikan oleh ketel uap dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan antara lain : Utilitas suatu daya pembangkit tenaga listrik dan industri.
1.2
Tujuan Praktikum
Tujuan dari praktikum ini adalah : 1) Mengetahui cara kerja boiler 2) Menghitung kalor yang disupply pada boiler 3) Menghitung kalor yang dihasilkan boiler 4) Menghitung efisiensi boiler
BAB II LANDASAN TEORI
Boiler merupakan mesin kalor (thermal engineering) yang menstransferenergi – energi kimia atau energi otomis menjadi kerja (usaha) (Muin 1988:28). Boiler atau ketel steam adalah suatu alat berbentuk bejana tertutup yang digunakan untuk menghasilkan steam. Steam diperoleh dengan memanaskan bejana yang berisi air dengan bahan bakar (Yohana dan Askhabulyamin 200:13). Boiler mengubah energi – energi kimia menjadi bentuk energi yang lain untuk menghasilkan kerja. Boiler dirancang untuk melakukan atau memindahkan kalor dari suatu sumber pembakaran, yang biasanya berupa pembakaran bahan bakar. 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. Berbagai kran disediakan untuk keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam boiler. Steam dialirkan melalui system pemipaan ke titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. 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. Dua sumber air umpan adalah: (1) Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan (2) Air makeup (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari lua r ruang boiler dan plant proses. Untuk mendapatkan efisi ensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang. Ada beberapa macam jenis boiler, tetapi yang digunakan pada laboratorium Pilot Plant adalah jenis water tube. Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk ke dalam drum. Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga. Water tube boiler yang sangat modern dirancang dengan kapasitas steam antara 4.500 – 12.000 kg/jam, dengan tekanan sangat tinggi. Banyak water tube boilers yang dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan
bakar minyak bakar dan gas. Untuk water tube yang menggunakan bahan bakar padat, tidak umum dirancang secara paket. Karakteristik water tube boilers sebagai berikut: - Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan efisiensi pembakaran -
Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air.
-
Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.
Gambar 2. Diagram Sederhana Water Tube Boiler (YourDictionary.com) Treatment Air Umpan Boiler
Diharuskannya pengolahan air umpan boiler sebelum masuk boiler, walaupun pengolahan pada air umpan boiler pada praktikum ini tidak menjadi suatu hal yang dipelajari lebih lanjut. Adapun fungsi pengolahan air umpan boiler adalah : 1. Mencegah Pembentukan Kerak
Garam-garam Magnesium dan Kalsium terlarut yang dikenal sebagai kesadahan dalam suasana panas akan tertimbun dalam permukaan tube boiler membentuk kerak senyawa karbonat pada saat air dipanaskan menjadi steam. Kerak yang terjadi menyebabkan terjadi dalam tube-tube boiler. Timbunan lain yang biasa terjadi dalam tube dalam boiler berupa: sulfat berupa endapan yang lebih keras dari endapan tersebut, silica merupakan deposit yang sangat keras dan getas. Hal ini biasanya merupakan akibat dari pengolahan air yang menggunakan senyawa turunan phospat. Sludge (lumpur) phospat biasanya berwarna coklat dan
lembut. Tumbuhan kerak dan lumpr akan berakibat terjadinya penyumbatan tube dan pemanasan berlebihan setempat sebagai perlu pemeliharaan yang lebih sering. The is bureau of mines mengemukakan bahwa ketebalan kerak sampai 1/32 inch akan menyerap energi panas dari bahan baker sebanyak 7 % sedangkan jika ketebalan mencapai 1/9 inch energi panas yang terbuang mencapai 16 %. 2.
Mencegah Korosi
Gas terlarut yang sering menimbulkan korosi pada tube boiler adalah O 2 dan CO2. Gas CO2 selain berasal dari air uapan juga berasal dari dekomposist carbonat dalam air uapan. Gas CO 2 akan menurunkan nilai pH air. Oksigen yang larut dalam air uapan yang padas dengan cepat akan melkukan oksidasi dengan metal : Fe
Fe2O3.
Dimana Fe2O3 yang terentuk bersifat lebih katodik dari logam Fe, sehingga dapat mengakibatkan serangan korosi sumur (pitting corrosion) Apabila air terlalu asam (pH>7) maka air akan melarutkan lapisan pelindung logam yaitu Fe 2O4 (magnetide) yang ada, selanjutnya dapat melarutkan logam Fe yang terdapat didalamnya. Fe2O4 + 8 H +
3 Fe2 + + 4 H2O
Seragam korosi terhadap logam Fe mengikuti reaksi : Fe + 2 H +
Fe + H2 ( g )
Fe + 3 H +
Fe3+ + 1,5 H2 ( g )
Serangan korosi tersebut sering terjadi pada lapisan yang mengalami retakan Fe3O4 atau sambungan celahan logam. Jika ada ion Ce maka Fe 2+ akan permukaan logam mengakibatkan retakan (hydrogen tracking). Jika pH air lebih tinggi dari 11. air yang bersifat alkalis akan merapuhkan pelindung Fe3O4 sehingga logam Fe dan FeO akan larut mengikuti reaksi : FeO + 2 NaOH
Na2FeO2 + H2O
Fe + 2 NaOH
Na2FeO2 + H2
Hal ini yang dikenal dengan cacstic crading. Ion clorida (CT) ini dapat terbawa steam. Ion chloride mampu berpenitrasi ke dalam lapisan logam yang akan mengakibatkan timbulnya retakan di dalam logam (chloride cracking corrosion) dengan mekanisme : Fe
Fe2+ + 2e
Fe2+ + 2 c
Fe
c
2
3. Mencegah Carry Over
Senyawa-senyawa
tertentu
yang
terkandung
dalam
feed
water
bias
menyebabkan foaming (pembusaan) dan terbawanya senyawa pengatr ke aliran steam sehingga kualitas steam menjadi menurun. Feed water harus memenuhi prasyarat tertentu seperti yang diuraikan dalam tabel di bawah ini : Parameter
Satuan
Pengendalian Batas
pH
Unit
10.5 – 11.5
Conductivity
µmhos/cm
5000, max
TDS
ppm
3500, max
P – Alkalinity
ppm
-
M – Alkalinity
ppm
800, max
O – Alkalinity
ppm
2.5 x SiO 2, min
T. Hardness
ppm
-
Silica
ppm
150, max
Besi
ppm
2, max
Phosphat residual
ppm
20 – 50
Sulfite residual
ppm
20 – 50
pH condensate
Unit
8.0 – 9.0
BAB III METODOLOGI KERJA
3.1
3.2
Alat dan Bahan
-
Boiler
-
Kompresor
-
Tangki penampung air
-
Bahan bakar boiler (gas LPG)
-
Soft Water
Prosedur Kerja A. Persiapan
Menimbang massa tabung LPG, lalu memasang kembali regulator gas LPG
Memeriksa seluruh instrumen, instalasi pipa, instalasi listrik. Memastikan dalam keadaan baik
Memeriksa air umpan pada tangki terisi, saluran pipa air umpan boiler terbuka, kualitas air umpan dalam keadaan baik, water s oftener dalam keadaan baik
Memastikan bahan bakar pada tangki terisi, kran bahan bakar terbuka, dan bahan bakar dalam keadaann baik
Memastikan tangki bahan kimia sudah berisi bahan kimia
Membuang air dalam ketel (blow down) sebelum mengoperasikan boiler
B. Tahap Start-Up
Memastikan valve air terbuka, tekan tombol emergency
Menaikkan posisi MCB dan NFB switch ke posisi 'ON'
Memutar water switch pump ke posisi on, auto
Menyalakan main switch, menekan tombol 'lock out & reset' untuk mengoff-kan. Lampu lockout mati mendadak, burner siap dioperasikan
Memutar burner switch ke posisi 'ON'. Lampu 'stage 1' dan 'stage 2' menyala menandakan kedua burnernya menyala
Boiler otomatis menyala. Periksa kondisi air, tekanan steam, dan tekanan bahan bakar C. Tahan Pengoperasian
Mengatur tekanan steam pada 6 kg/cm2 dan tekanan bahan bakar pada 1,5 bar sehingga tekanan steam tercapai. Boiler otomatis mati, ketika tekanan mulai turun maka boiler otomatis menyala kembali D. Mematikan Boiler
Memutar stage switch keposisi stage 1. Putar burner switc h ke posisi off. Jika tekanan steam mencapai 1-2 kg/cm 2, tutup kran utama saluran uap
Memutar water feed pump switch ke posisi off. Tutup saluran air umpan dan saluran bahan bakar lalu putar main switch ke posisi off
Membuka regulator dan timbang kembali tabung gas
BAB IV HASIL PENGAMATAN DAN PEMBAHASAN
4.1
Data Pengamatan A. Pengamatan Kebutuhan Gas
HHVLPG : 49930 kJ/kg No
Berat Awal (kg)
Berat Akhir (kg)
Berat Terpakai (kg)
1
58.81
45.68
13.13
2
59.64
51.32
8.32
3
60.71
-
-
Total
-
21.45
Lamanya kompressor menyala dalam rentang waktu 150 menit = 5267 detik (87 menit 47 detik)
-
Lamanya indicator burner menyala dalam rentang waktuu 150 menit = 8482 detik (141 menit 22 detik)
B. Pengamatan Tekanan Boiler Waktu
Tekanan Gas
Tekanan Gas Masuk
Tekanan Steam /
(menit)
(bar)
Boiler (mbar)
Boiler (kg/cm2)
0
2.8
110
4.8
15
2.2
100
6
0
1.7
100
5.6
45
1.2
100
4
60
0.6
95
4.2
75
0.2
100
3.4
90
0.2
100
1.2
105
3.8
105
0.2
120
3.0
100
2.2
135
2.0
100
3.4
150
1.4
100
4
C. Pengamatan boiler -
Lamanya pompa menyala dalam rentang waktu 150 menit = 521 detik (8 menit 41 detik)
4.2
-
Tinggi air dalam tangki penampung umpan boiler awal = 103 cm
-
Tinggi air dalam tangki penampung umpan boiler akhir = 62 cm
Pengolahan Data A. Kalor yang disupply pada boiler
Q = mtotal x HHVLPG = 21.45 kg x 499 30 kJ/kg = 1070998.5 kJ B. Kalor yang dihasilkan boiler
Volume air yang dipompa V = πr 2t = 3.14 x 0.5 2 m2 x 0.41 m = 0.32185 m 3
Massa air yang dipompa (asumsi semua air yang masuk ke boiler menjadi steam) m = V x ρair
= 0.32185 m 3 x 1000 kg/m 3 = 321.85 kg Kalor yang dihasilkan boiler Q = Qsensibel + Qlaten = m (Cpair ΔT + λ air ) = 321.85 kg ( 4.2 kJ/kg K (418-298)) K + 2257 kJ/kg ) = 888627.85 kJ C. Efisiensi boiler ŋ
= =
ℎ ℎ
888627.85 1070998.5
= 82.97%
x 100%
x 100%
4.3
Pembahasan
A. Pembahasan oleh Abdul Faza Praktikum boiler kali ini bertujuan khusus untuk mengenal dan langsung mengoperasikan cara kerja steam boiler, menghitung kalor yang dihasilkan dari kerja boiler serta menghitung efisiensi boiler. Dalam menentukan efisiensi boiler diperlukan beberapa data yaitu jumlah steam yang dihasilkan dan jumlah bahan bakar yang digunakan. Bahan bakar yang digunakan pada praktikum kali ini LPG dengan berat 50 kg, namun pada operasi ini total gas yang digunakan sebesar 21,45 kg. LPG yang mengandung etana dalam jumlah yang banyak atau melebihi batas ketentuan yang ditetapkan akan mempunyai kandungan energi yang lebih rendah. Hal tersebut dikarenakan kandungan energi etana adalah 1618,7 Btu/ft 3, sedangkan propana sebesar 2314,9 Btu/ft 3. Spesifikasi LPG menetapkan batasan kandungan C 3+C4 minimum sebesar 97,0%Vol. Nilai kandungan C 3+C4 merupakan penjumlahan kandungan C 3 (propana, propena) dan C 4 (butana dan butene). Sehingga jika kandungan LPG banyak mengandung propana, pembakaran jauh akan lebih efisien dan kalor yang dihasilkan akan lebih banyak pula. Pada praktikum kali ini jumlah panas/kalor yang dihasilkan pada burner sebesar 1070998,5 kJ. Sedangkan jumlah panas yang dihasilkan boiler (kalor yang diterima steam) sebesar 888627,85 kJ. Kemudian menentukan effeisiensi boiler dengan metoda langsung dan didapatkan efisiensi sebesar 82.97%. Dari efisiensi yang dihasilkan dapat disimpulkan bahwa boiler ini efektif dalam memproduksi steam . Hal tersebut karena boiler yang digunakan adalah boiler generasi terbaru dan sudah terdapat pre-treatment berupa water softening. Sehingga air sebagai bahan baku sudah bebas atau memiliki kadar kesahadan yang rendah. Maka tidak akan timbul kerak pada boiler yang mana akan menurunkan efisiensi boiler B. Pembahasan oleh Afifah Nur Aiman Dalam praktikum ini, dlakukan beberapa pengamatan. Pada pengamatan perubahan tekanan boiler terhadap waktu, tekanan gas yang masuk ke boiler (sebagai bahan bakar) mengalami naik turun, hal ini disebabkan karena setelah beroperasi selama beberapa waktu, gas dalam tabung akan berkurang. Dari hasil penimbangan berat gas yang digunakan dan setelah dilakukan perhitungan,
maka total gas yang dipakai dalam operasi ini adalah 21.45 Kg. Sehingga didapatkan nilai kalor yang dihasilkan oleh burner sebesar 1070998,5 kJ. Selain itu, didapatkan juga nilai kalor yang dihasilkan boiler (kalor yang diterima steam) sebesar 888627,85 kJ. Dari kedua data ini dapat dicari efisiensi boiler dengan cara membandingkan dua nilai tersebut (kalor yang dihasilkan boiler / kalor yang dihasilkan furnace). Nilai effisiensi boiler yang didapatkan sebesar 82,97%. Nilai effisiensi tersebut menunjukkan bahwa Q yang diterima tidak termanfaatkan secara seluruhnya sehingga hal ini menunjukkan adanya panas yang hilang pada saat proses penghasilan steam. Panas yang hilang ini dapat diakibatkan oleh adanya ketidak sempurnaan dalam pembakaran dalam burner, gas buang, system gas buang, kandungan air dalam bahan bakar. C. Pembahasan oleh Agus Hermawan Praktikum yang telah dilakukan adalah praktikum Boiler. Dari beberapa tujuan praktikum ini salah satunya adalah membuat steam, yang digunakan untuk media pemanas alat-alat proses kimia yang terdapat di laboratorium Pilot Plant contohnya, distilasi, leaching, dll. Boiler adalah salah satu alat utilitas yang sangat penting di industri, begitupun pada laboratorium Pilot Plant. Tipe bahan bakar boiler yang digunakan adalah tipe bahan bakar gas, dimana tipe bahan bakar gas memiliki harga karakteristik bahan baku pembakaran lebih murah dari pada tipe lainnya. Bahakn bakar yang digunakan adalah LPG. Jenis boiler ini adalah boiler water tube, dimana air (bahan baku) berada didalam tube. Boiler jenis water tube dipilih karena lebih mudahnya proses maintance dibandingkan dengan boiler jenis lain. Pada literatur
boiler water tube
efisiensinya lebih tinggi dibandingkan boiler jenis lain, ini dikarenakan pada biler water tube memiliki economizer. Salah satu hakl yang penting pada boiler adalah pengolahan air umpan boiler. Boiler yang terdapat pada laboratorium Pilot Plant miliki water softener yang salah stau fungsinya adalah menurunkan nilai kesadahan yang terdapat pada air umpan boiler. Nilai kesadahan harus dirutunkan karena untuk mencegah terbentuknya kerak pada tube boiler yang nantinya mengakibatkan efisiensi boiler menjadi rendah karena terjadinya akumulasi panas. Unit pengolahan air umpan boiler harus dipahami dan diamati walaupun tidak termasuk kedalam kalkulasi.
Terdapat 3 fenomena yang harus dipahami dan diamati pada saat praktikum. Fenomena pertama adalah lampu stage yang terdapat pada panel control semuanya menyala, ini menandakan awal proses belum terbentuknya steam sehingga burner menyala dan pompa bahan baku mati (volume air pada boiler tinggi). Fenomena yang kedua adalah salah satu lampu stage menyala, ini dikarenakan steam yang dihasilkan sudah banyak. Dan fenomena yang ketiga adalah lampu stage semuanya mati, hal ini menandakan bahwa steam yang terbentuk sudah mencapai maksimal (volume air pada boiler rendah), sehingga burner mati. Pada kalkulasi menunjukkan steam yang dihasilkan adalah sebesar 888627,85 kJ dengan membutuhkan bahan bakar sebesar 21,45 kg. Sehingga efisiensi yang didapat adalah sebesar 82,97%. Efisiensi yang sebesar ini menunjukkna konversi panas bahan bakar yang membentuk steam sudah berlangsung dengan cukup optimal. Efisiensi boiler yang sempurna (100%) sangatlah sulit untuk dicapai, karena fenomena kehilangan panas pada boiler tidak dapat dihindari. Faktor yang mengakibatkan kehilangan panas pada boil er antara lain, masih terdapatnya pengokor dalam air umpan boiler walaupun telah diolah, dan ditengah-tengah praktikum tekanan steam turun drastis yang diakibatkan habisnya bahan bakar yang digunakan. Sehingga diperlukannya penggantian bahan bakar, fenomena habisnya bahan bakar ditengah proses dapat mempengarusi keoptimalan proses pembakaran
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1
Kesimpulan
Dari praktikum yang telah dilakukan, dapat disimpulkan 1) Kalor yang dihasilkan oleh burner sebesar 1070998,5 kJ. 2) Kalor yang dihasilkan boiler (kalor yang diterima steam) sebesar 888627,85 kJ 3) Nilai effisiensi boiler sebesar 82,97%.
5.2
Saran
Dalam praktikum ini disarankan untuk memakai alat pelindung diri. Selama praktikum sebaiknya teliti dalam pengukuran tinggi air pada tangka umpan dan tekanan gas maupun boiler.
DAFTAR PUSTAKA
Wiranta Agung, dkk,. 2013, Laporan Tetap Praktikum Utilitas “ Pengolahan Air Untuk Umpan Boiler Dengan Cara Penambahan Phospat (Internal Treatment)” , Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya Eka Bayu,. 2015, “ Makalah Boiler” https://sukasukaguedonkmasalahbuatyou.blogspot.co.id/2015/01/makalah-boiler.html (Diakses pada 16 September 2017) Daneswari R G,. 2015 BAB II Tinjauan Pustaka dalam ”Boiler” Palembang: Politeknik Negeri Sriwijaya
