37
Pada perancangan ketel uap ini ditetapkan memakai jenis ketel pipa air, dan berbahan bakar minyak residu. Untuk ketel jenis pipa air, air ketel mengalir di
dalam pipa–pipa, sedangkan pemanas air dilakukan oleh gas-gas asap panas yang beredar disekitar pipa-pipa tersebut.
Untuk persyaratan-persyaratan perencanaan harus dipenuhi antara lain: 1.
Harus hemat dalam pemakaian bahan bakar. 2.
Berat ketel relativ kecil dibandingkan dengan kapasitas ketel. 3.
Dapat distart dengan cepat dan dalam waktu singkat telah dapat memproduksi uap.
4. Kerangka konstruksi harus memenuhi syarat-syarat dari Dinas Tenaga Kerja
5. Memenuhi peraturan dan undang-undang uap steam ordonante tahun 1930
3.1 Bahan Bakar
Untuk menghasilkanuap dari instalasi ketel,maka dibutuhkansejumlahpanas. Dalam hal ini panas diperoleh dari hasil pembakaran bahan bakar didalam ruang
bakar.Dalam perencanaan ketel ini jenis bahan bakaryang digunakandalam wujud cair yaitu minyak bekas atau residu oil
3.1.1 Nilai Pembakaran
Dari hasil survey
dilaboratorium bahanbakarPTPN II Kwala Madudiperolehkomposisi minyak residu sebagai berikut
Tabel 3.1 Komposisi Minyak Residu No Komposisi Minyak Residu
Persentase Kandungan 1
Carbon C 85,1
Universitas Sumatera Utara
38
2 Hidrogen H
2
10,8 3
Sulfur S 3,3
4 Oksigen 0
2
0,4 5
Nitrogen N
2
0,20 6
Air H
2
O 0,16
7 Abu ash
0,04 Total
100 Sumber: PTPN II Kwala Madu
Dari komposisi Minyak Residu tersebut diatas, maka dapat dihitung nilai kalor pembakarannya dengan memakai rumus Dulong, yaitu:
HHV = 33.950C + 144.200 H-O
2
8 + 9400 SkJkg = 33.950 0,851 + 144.200 0,108- 0,004 8 + 9400 0,033
= 44.703,15 kJkg
LHV = HHV- 2400 H
2
O + 9 H
2
kJkg = 44.703,15 – 2400 0,0016 + 9 0,018kJkg
= 42.366,51 kJkg
Analisa Nilai Kalor Pembakaran dengan Bom Kalorimeter
Nilai kalor pembakaran suatu bahan bakar dapat juga dicari nilainya dengan menganalisa bahan bakartersebut dengan menggunakan alat yang dinamakan
Kalorimeter Bom Oksigen. Nilai kalor pembakaran yang dapat diukur dengan alat ini adalah nilai kalor pembakaran atas atau high heating value HHV. Untuk
nilaikalor pembakaran bahwa atau Low Heating Value LHV dapat dicari dengan persamaan berikut:
a. Prosedur Percobaan
1. Membersihkan tabung bom dari sisa pengujian sebelumnya
2. Menimbang bahan yang akan diukur dengan timbangan seberat 0,15 gram
Universitas Sumatera Utara
39
3. Mengukur volume bahan bakar
4. Menyiapkankawatuntukpenyala dengan
menggulungnyadanmemasangnya pada tangki penyala yang terpaang pada penutup bom
5. Menempatkan cawan yang berisi bahan bakar pada ujung tangkai penyala
6. Menutupbom dengan kuat setelah dipasang ring dengan memutar penutup
tersebut 7.
Mengisi oksigen kedalam bom dengan tekanan 30 Bar 8.
Menempatkan bom yang telah terpasang kedalam kalori meter 9.
Memasukkan air pedingin sebanyak 1250 ml 10.
Menutup kalorimeter dengan penutupnya 11.
Menghidupkan pengaduk air pendingin selama 5 lima menit sebelum penyalaan dilakukan
12. Membaca dan mencatat kembali suhu air pendingin
13. Menghidupkan penyalaan
14. Mengaduk air pendingin selama5 lima menkit setelah penyalaan
berlangsung 15.
Membaca dan mencatat kembali suhu air pendingin 16.
Mematikan pengaduk 17.
Mempersiapkan kembali peralatan untuk pengujian selanjutnya Hasil analisa percobaan dapat diselesaikan dengan Awaludin Thayab. M.Sc.
Ir,2003: HHV = T
2
- T
1
-T
KP
x CvkJkg 3-1
LHV = HHV – 3240kJkg
HHV
rata-rata
=
∑ HHV
i=15 j=1
15
kJkg LHV
rata-rata
= HHV
rata-rata
– 3240kJkg dimana:
T
1
= Suhu air pendingin sebelum dinyalakan C
Universitas Sumatera Utara
40
T
2
= Suhu air pendingin sesudah dinyalakan C
T
2
= Kenaikan temperatur kawat penyala = 0,05 C
Cv = Panas jenis bom calorimeter = 73.529,6 kjkg
C
Gambar 3.1 Penampang Bomb Kalorimeter
Tabel 3.2 Hasil Percobaan Bahan Bakar Bahan
No. T
1
T
1
T
1
Cv HHV
Universitas Sumatera Utara
41
Bakar Percobaan C
C C
kjkg C
kjkg
Minyak Residu
1 26,32
26,984 0,05
73.529,6 45.122,368
2 27,65
28,302 0,05
73.529,6 44.234,718
3 27,43
28,049 0,05
73.529,6 41.853,694
4 28,56
29,197 0,05
73.529,6 43.149,825
5 28,2
28,861 0,05
73.529,6 44.925,753
6 26,32
26,945 0,05
73.529,6 42.258,352
7 27,65
28,257 0,05
73.529,6 40.921,648
8 28,67
29,33 0,05
73.529,6 44.853,056
9 27,31
27,95 0,05
73.529,6 43.348,536
10 28,83
29,477 0,05
73.529,6 43.889,832
11 26,57
27,203 0,05
73.529,6 46.514,915
12 28,71
29,292 0,05
73.529,6 42.842,748
13 28,79
29,359 0,05
73.529,6 46.275,129
14 27,54
28,169 0,05
73.529,6 44.937,847
15 28,73
29,341 0,05
73.529,6 44.937,847
Total HHV 656.927,116
Sumber: Lab Penelitian PTPN II Kwala Madu Selanjutnyadalam perhitungan
perencanaanketeluapini,nilaikalorpembakaranatasHHVdannilaikalor pembakaranbawahLHVyangdigunakan,adalah nilai kalor dari hasil percobaan
diatas, yaitu: HHV
rata-rata
=
656.927,116 15
= 43.795,141 kJkg LHV
rata-rata
= 4.3795,141– 3240 = 40.555,141 kJkg
3.1.2 Kebutuhan Bahan Bakar
Dalam pengoperasian ketelbanyaknya bahan bakar dibutuhkan untuk dapatmenghasilkan uap dengan kapasitas 121.042,62 kgjam, yaitu Muin,
Syamsir A, 1988, h 223: m
bb
=
Q
k
η
k
. LHV
3-2
=
m
u
h
HSH
-h
HPH
η
k
. LHV
Universitas Sumatera Utara
42
dimana: O
k
= kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan air pada ketel m
u
= massa uap yang dibutuhkan turbin = 121.042,62 kgjam
h
HSH
= enthalpy uap keluar HSH pada tekanan 78 bar temperatur 480
o
C =3.350,428 kJkg
h
HPH
= entalpi uap keluarHPH 2 =873,04 kJkg
�
�
=efisiensi ketel uap = 0,7 - 0,9
= 0,8 direncanakan LHV = 40.555,141 kJkg
maka: m
bb
=
121.042,62 x 3350,428-873,04 0,8 x 40.555,141
kJkg = 9.242,65 kgjam
3.1.3 Kebutuhan Udara
Salahsatu faktor
terjadinyapembakaranadalahudara.Agarterjadipembakaranyang sempurna diperlukan udara pembakaran yang cukup.Prosespembakaran ini merupakan
reaksikimia antarabahanbakar dengan udara dalamperbandingan tertentu. Kebutuhan udara teoritis
atauberatminimumyangdibutuhkanuntukpembakaran1 kg bahan bakar dapat dihitung dengan menghitungkomposisi kimiadari bahanbakar.Dalam pembakaran
bahan bakar,unsur kimia yangterbakaradalah Carbon C, Hidrogen H
2
dan Sulfur S
Universitas Sumatera Utara
43
Maka dalam hal ini dapat dianalisa sebagai berikut: 1.
Untuk unsur Carbon C terbakar sempurna menjadi CO
2
yaitu: C + O
2
CO
2
12 kg C + 32 kg O
2
44 kg CO
2
1 kg C + 3212 kg O
2
4412 kg CO
2
1 kg C + 2,67 kg O
2
3,67 kg CO
2
Jadi unsur 1kgCterbakarsempurnamembutuhkan2,67kgO2danmenghasilkan 3,67 CO
2
2. Untuk unsur Hidrogen H terbakarsempurna menjadi H
2
O, yaitu: 2 H
2
+ O
2
2H
2
O 4 kg H
2
+ 32 kg O
2
36 kgH
2
O 1 kg H
2
+ 324 kg O
2
364 kg H
2
O 1 kg H
2
+ 8 kg O
2
9 kg H
2
O Jadi unsur 1kgH
2
terbakarsempurnamembutuhkan8kgO2danmenghasilkan9 kg H
2
O 3.
Untukunsur Sulfur S terbakar sempurna menjadi SO
2
, yaitu: S+ O
2
SO
2
32 kg S + 32 kg O
2
64 kgSO
2
1 kg S + 3232 kg O
2
6432 kg SO
2
1 kg S + 1kg O
2
2 kg SO
2
Jadi unsur1kg Sterbakarsempurna membutuhkan1kgO
2
dan menghasilkan2 kg SO
2
. Untukmendapatkanpembakaransempurnadaribahan bakar dibutuhkan udara
pembakaran terlebih yang disebut exces air, maka kebutuhan udara yang dibutuhkan untukpembakaran sempurna setiap 1kg bahan bakar dapat
dihitungdenganpersamaandibawah ini, yaitu Muin, Syamsir A, 1988, h 163 dan 196:
W
udactual
= 1 + W
udexcess
x
2,67W C + 8 .W H
2
+ 1 .W S -W O
2
0,23
3-3
Universitas Sumatera Utara
44
dimana: W
udactual
= jumlah udara yang dibutuhkan untuk 1 kg
bahan bakar
WC = komposisi karbon dalam 1 kg bahan bakar
= 0,851 kgkg
bahan bakar
WH
2
= komposisi hidrogen dalam 1 kg bahan bakar = 0,108 kgkg
bahan bakar
W S = komposisi sulfur dalam 1 kg bahan bakar
= 0,033 kgkg
bahan bakar
WO
2
= komposisi oksigen dalam 1 kg bahan bakar = 0,004 kgkg
bahan bakar
W
udexcess
= udara lebih excess air, besarnya yaitu 0,25-0,35 Babcock and Wilcox Company, 1969, h 6-10
= 0,30 direncanakan maka:
W
udactual
= 1 + 0,30 x
2,67 .0,851 + 8 . 0,108 + 1 . 0,033 -0,004 0,23
= 17,875 kg
udara
kg
bahan bakar
maka untuk pembakaran 9.242,65kg
bahanbakar
jamakan membutuhkan udara sebanyak:
M
ud
= 9.242,65 x 17,875 kgjam = 165.212,37 kgjam
3.1.4 Analisa Gas Asap
Jumlahgas asap yang terbentuk dari pembakaran 1 kg bahan bakar adalah Muin, Syamsir A, 1988,h 196 dan 197:
W
g
= WCO
2
+ WSO
2
+ WH
2
O + WO
2
+ WN
2
3-4 Berat CO
2
, SO
2
, H
2
O, O
2
dan N
2
dari hasil pembakaran adalah: • Karbon dioksida CO
2
WCO
2
=
11 3
x C
Universitas Sumatera Utara
45
=
11 3
x 0,851
= 3,12 kgkg
bahan bakar
• Belerang dioksida SO
2
WSO
2
= 2 x S = 2 x 0,033
= 0,066 kgkg
bahan bakar
• Air H
2
O WH
2
O = 9 x H
2
= 9 x 0,108 = 9 x 0108
= 0,972 kgkg
bahanbakar
• Oksigen O
2
WO
2
= WO
2
ekses + O
2
= 0,3 x 0,23 W
udtheori
+ 0,04kgkg
bahan bakar
dimana: W
udteori
=
2,67 W
c
+ 8 . W
H2
+ 1 . W
s
- W
02
0,23
=
2,67 .0,851 + 8 . 0,108 + 1 . 0,033 -0,004 0,23
= 13,75 kg
udara
kg
bahan bakar
WO
2
= 0,3 x 0,23 x 13,75 kg
udara
kg
bahan bakar
= 0,945 + 0,004 kgkg
bahan bakar
= 0,95kgkg
bahan bakar
• Nitrogen N
2
WN
2
= 0,768 x W
ud actual
= 0,768 x 17, 875 kg
udara
kg
bahan bakar
= 13,728 kgkg
bahan bakar
Jadi berat gas asap yang terbentuk adalah: W
g
= WCO
2
+ WSO
2
+ WH
2
O + WO
2
+ WN
2
= 3,12 + 0,066 + 0,972 + 0,95 + 13,728 = 18,835kgkg
bahan bakar
Universitas Sumatera Utara
46
Gas asap yang terbentuk dari pembakaran 9.242,65 kg
bahan bakar
jam adalah: m
g
= 9.242,65 x 18,835 kgjam = 174.085,313 kgjam
Analisa gas asap adalah sebagai berikut: CO
2
=
3,12 18,835
x 100 = 16,5
H
2
O =
0,972 18,835
x 100 = 5,2
SO
2
=
0,066 18,835
x 100 = 0,35
O
2
=
0,95 18,835
x 100 = 5,04
N
2
=
13,728 18,835
x 100 = 72,8
Volume gasasapyang terbentukdapat dihitungdengan persamaan Muin, Syamsir A, 1988, h 198 dan 199:
V
g
= VCO
2
+ VSO
2
+ VO
2
+ VN
2
+ VH
2
O 3-5
dimana: V
g
= volume gas asap terbentuk VCO
2
= volume CO
2
dalam gas asap =
5,6 3
x 0,851
= 1,588 m
3
kg VSO
2
= volume SO
2
dalam gas asap =
5,6 8
x 0,033
= 0,0231 m
3
kg VO
2
= Volume oksigen dalam gas asap = V0
2excess
+ V0
2blm bakar
= 0,3 x
5,6 3
x 0,851
+
5,6 8
x 0,033
+
�
0,004 32
x 22,4 �
= 0,5025 m
3
kg VN
2
= volume N
2
dalam gas asap
Universitas Sumatera Utara
47
=
79 21
x 3 x VO
2 excess
=
79 21
x 3 x 0,4997
= 5,64 m
3
kg VH
2
O= volume H
2
O dalam gas asap =
18 22,4
x 9H
= 0,781 m3kg maka: Vg
= 1,588 + 0,0231 + 0,5025 + 5,64 + 0,7811 =8,535 m
3
kg Analisa volume gas asap adalah:
CO
2
V =
1,588 8,535
x 100 =
18,605 SO
2
V =
0,0231 8,535
x100 =0,27
O
2
V =
5,64 8,535
x100 = 5,88
N
2
V =
5,64 8,535
x 100 =66,08
H
2
OV =
0,7811 8,535
x 100 = 9,1.5
3.1.5 Tekanan Parsial GasAsap
Tekanan parsial komponengas asap yaitu CO
2
, SO
2
, O
2
, N
2
, dan H
2
O dalamdapur diestimasikan sama dengan tekanan atmosfir, yaitu Holman. J. P,
1993,h 386: PCO
2
= persentase volume CO2dalam ruangbakar padatekanan 1 atm = 0,18605
PSO
2
= persentase volume SO2dalam ruangbakar padatekanan 1 atm = 0,0027
PO
2
= persentase volume O2dalam ruangbakar padatekanan 1 atm = 0,0588
PN
2
= persentase volume N2dalam ruangbakar padatekanan 1 atm
Universitas Sumatera Utara
48
= 0,6608 PH
2
O = persentase volume H2Odalam ruangbakar padatekanan 1 atm = 0,091
3.2 Spesifikasi Ketel Uap
