Pengaruh Nilai Kalori Batubara Terhadap Nilai Steam Boiler Yang Dihasilkan Oleh Bioler Jenis Pipa Air

(1)

PENGARUH NILAI KALORI BATUBARA TERHADAP NILAI

STEAM BOILER YANG DIHASILKAN OLEH

BIOLER JENIS PIPA AIR

SKRIPSI

RIANZA RIZQI

100822049

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2012

(2)

PENGARUH NILAI KALORI BATUBARA TERHADAP NILAI STEAM BOILER YANG DIHASILKAN OLEH

BIOLER JENIS PIPA AIR

SKRIPSI

Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar sarjana sains

RIANZA RIZQI 100822049

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN 2012

(3)

PERSETUJUAN

Judul : PENGARUH NILAI KALORI BATUBARA

TERHADAP NILAI STEAM BOILER YANG DIHASIKAN OLEH BOILER JENIS PIPA AIR

Kategori : SKRIPSI

Nama : RIANZA RIZQI

Nomor Induk Mahasiswa : 100822049

Program Studi : SARJANA (S1) KIMIA EKSTENSI

Departemen : KIMIA

Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM (MIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Disetujui di : Medan, Juli 2012

Komisi Pembimbing :

Pembimbing 2 Pembimbing 1

Prof.DR. Zul Alfian, Ms DR. Rumondang Bulan Nst, MS.

NIP.195504051983031002 NIP. 195408301985032001

Diketahui/Disetujui oleh :

Departemen Kimia FMIPA USU Ketua,

DR. Rumondang Bulan Nst, MS. NIP. 195408301985032001

(4)

PERNYATAAN

PENGARUH NILAI KALORI BATUBARA TERHADAP NILAI STEAM BOILER YANG DIHASILKAN OLEH BIOLER JENIS PIPA AIR

SKRIPSI

Dengan kesadaran sepenuhnya saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing dicantumkan sumber aslinya.

Medan, Juli 2012

RIANZA RIZQI 100822049

(5)

PENGHARGAAN

Assalamualaaikum Wr.Wb

Puji dan syukur kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat, hidayah, dan

karunia-Nya lah Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik. Skripsi ini merupakan salah satu syarat akademis untuk menyelesaikan jenjang Strata-1 Kimia FMIPA USU. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian di Laboratorium PT.Sinar Mas Agro Resources and Technology, Tbk (PT.SMART,Tbk) Belawan.

Dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi ini, penulis selalu mendapatkan dukungan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dengan

terselesaikannya skripsi ini, maka penulis ingin mengucapkan terimakasih dan penghargaan setinggi-tingginya kepada:

1.Ibu Dr.Rumondang Bulan ,MS selaku ketua jurusan departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam USU dan sebagai dosen pembimbing saya dalam pelaksanaan penelitian ini.

2.Bapak Prof.Dr.Zul Alfian,MS sebagai dosen pembimbing II saya dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan skripsi ini.

3.Ayahanda Herman Sikumbang dan ibunda Merlis yang telah memberikan motivasi, dukungan moril dan materil serta do’a dengan penuh kasih sayang demi tercapainya cita-cita saya.

4.Kakak-kakak dan adik saya yang sangat saya sayangi

Renny Erma Dewi, S.Sos ; Fina Ernita,Se ; Ervalina, S.Psi dan Ahmad Fauzi yang memberikan dukungan serta semangat yang tak henti-hentinya

5.Kepada teman-temandekat saya Yudi, Irdhan, Hirzi, Okky, Dira, Dino,Nana yang telah memberikan dukungan dan semangat selama saya menyelesaikan skripsi ini. 6.Rekan-Rekan Kimia Industri 07 yang telah banyak membantu saya khususnya Gugun,

Lisik, Tyas, Parni, Reni, Richard,Kak Lusi, Hendra dan yang lainnya yang tidak dapat saya tuliskan satu persatu, terimakasih atas bantuannya .

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu, penulis menerima saran yang membangun untuk menyempurnakan skripsi ini.

Akhir kata , semoga skripsi ini bermanfaat dan berguna bagi instansi terkait dan bagi semua pembaca.

Wassalamualaikum Wr.Wb

Medan , Juli 2012

(6)

ABSTRAK

Batubara adalah sisa dari jaringan tumbuhan yang telah mengalami proses pembatubaraan. Pada penelitian ini dipelajari pengaruh nilai kalori batubara terhadap nilai steam yang dihasilkan oleh boiler jenis pipa air. Data penelitian diperoleh dengan cara menghaluskan batubara dan mengukur nilai kalori batubara dengan menggunakan Parr Oxygen Bomb Calorimeter 6400. Hasil menunjukkan bahwa semakin besar nilai kalori, maka semakin besar steam yang dihasilkan.

(7)

ABSTRACT

Coal is the remnant of plant tissue that has undergone a process coalification. In this research studied the influence of calorie value of coal to the steam generated by boiler type of water pipe. The research data obtained by smoothing the coal and measuring the calorie value of coal by using a Parr Oxygen Bomb Caloriemeter 6400. The results showed that the greater the calorie value, the greater the steam is generated

(8)

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL i

HALAMAN PENGESAHAN ii

PERNYATAAN iii

PENGHARGAAN iv

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

DAFTAR ISI vii

DAFTAR GAMBAR ix

DAFTAR TABEL x

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Permasalahan 2

1.3 Pembatasan Masalah 2

1.4 Tujuan Penelitian 3

1.5 Manfaat Penelitian 3

1.6 Metodologi Penelitian 3

1.7 Lokasi Penelitian 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Batubara 5

2.1.1 Materi Pembentuk Batubara 7

2.2 Batubara di Indonesia 8

2.3 Sumberdaya Batubara 9

2.4 Jenis-jenis Batubara 10

2.5 Kualitas Batubara 13

2.6 Nilai Kalori Batubara 16

2.7 Metode Standar Analisis Batubara 17

2.7.1 Standar Internasional 17

2.7.2 Standar Nasional Indonesia 18

2.8 Klasifikasi Batubara 18

2.8.1 Klasifikasi Batubara Berdasarkan Nilai Kalorinya 19

2.9 Analisis Batubara 19

2.10 Pengertian Boiler 20

2.11 Nilai Steam Boiler 21

2.12 Dasar Teori Boiler 22

2.13 Water Tube Boiler 24

2.14 Paket Boiler 24

2.15 Neraca Panas 25

2.16 Pengolahan Air umpan Boiler 26

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Bahan 28

3.2 Alat 28

(9)

3.3 Prosedur penelitian 28

3.3.1 Proses Penyiapan Serbuk Batubara 29

3.3.2 Proses analisa kalori batubara 29

3.3.3 Prosedur Penggunaan Bomb Kalorimeter 6400 PARR 29 3.3.4 Prosedur Pengamatan Batubara Sebagai Bahan Bakar pada boiler

jenis pipa air (Water tube boiler) 31

3.4 Bagan penelitian 32

3.4.1 Proses Analisa nilai kalori Batubara (ASTM 1981) 32 3.4.1 Proses Analisa Batubara sebagai bahan bakar boiler (ASTM 1981) 33

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil 34

4.2 Pembahasan 36

4.2.1 Analisa Batubara 36

4.2.2 Penentuan nilai kalori Batubara 37

4.2.3 Pengaruh Nilai Kalori Terhadap Tekanan 37

4.2.4 Pengaruh Nilai Kalori Terhadap Suhu 38

4.2.5 Pengaruh Nilai Kalori Terhadap Steam 39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan 42

5.2 Saran 42

DAFTAR PUSTAKA 43

(10)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Batubara Jenis Antrasit 11

Gambar 2.2 Batubara Jenis Bituminous 11

Gambar 2.3 Batubara Jenis Sub-bituminous 12

Gambar 2.4 Batubara Jenis Lignit 12

Gambar 2.5 Batubara Jenis Gambut 13

Gambar 2.6 Jenis Paket Boiler 25

(11)

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 4.1 Spesifikasi Kandungan Batubara Supliyer A 34 Tabel 4.2 Spesifikasi Kandungan Batubara Supliyer B 35 Tabel 4.3 Spesifikasi Kandungan Batubara Supliyer C 35 Tabel 4.3 Spesifikasi Kandungan Batubara Supliyer D 35 Tabel 4.3 Spesifikasi Kandungan Batubara Supliyer E 36 Tabel 4.6 Nilai Kalori batubara beberapa supliyer 36

Tabel 4.7 Tekanan dari batubara 37

Tabel 4.8 Suhu dari batubara 38

Tabel 4.9 Enthalpy vapor dan Enthalphy liquid 39

(12)

ABSTRAK

(13)

ABSTRACT

(14)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Batubara merupakan salah satu bahan bakar disamping minyak dan gas bumi dan panas bumi. Komposisi kimia batubara hampir sama dengan komposisi jaringan tumbuhan, keduanya mengandung unsur utama yang terdiri dari unsur C, H, O, N, S, P. hal ini mudah dimengerti, karena batubara terbentuk dari jaringan tumbuhan yang telah mengalami proses pembatubaraan (coalification). (Amperiadi,2005)

Batubara terbentuk oleh proses alam, dengan proses dalam jangka waktu ratusan hingga ribuan juta tahun, maka banyak parameter yang akan berpengaruh pada pemebentukan batubara. Makin tinggi intensitas parameter yang berpengaruh makin tinggi mutu batubara yang terbentuk. Batubara terbentuk dari sisa tumbuhan yang sudah mati, dengan komposisi utama terdiri dari cellulosa. Proses pembentukan batubara, dikenal sebagai proses pembatubaraan (coalification) faktor fisika dan kimia yang ada dialam akan mengubah cellulosa menjadi lignit, subbitumina, bitumina atau antrasit. (Sukandarrumidi,2006)

Batubara pada masa mendatang mempunyai prospek yang cerah sebagai bahan bakar alterantif. Hal ini ditandai dengan makin terbatasnya bahan bakar minyak maupun gas. Disamping makin berkembangnya kegiatan industri baik skala besar, menengah, dan kecil. Salah satu nilai penting dari batubara adalah panas (kalor) yang dihasilkan, apabila batubara tersebut dibakar. Besaran nilai kalor batubara sangat ditentunkan oleh jenis batubara yang dimanfaatkan oleh industri.

Pemanfaatan secara langsung batubara pada industri besar tidak terlepas sebagai sumber energi dalam hal ini sebagai bahan bakar yang digunakan untuk bahan bakar boiler.

(15)

Boiler adalah sebuah bejana tertutup yang berfungsi untuk mengubah wujud suatu fluida dari cair menjadi gas. Perubahan wujud tersebut terjadi karena penambahan kalor. Kalor yang ditambahkan dapat diperoleh dengan cara pembakaran bahan bakar fosil maupun non fosil, reaksi inti atom ataupun merupakan gas buang dari sisa ekspansi turbin gas.

Sampai dengan saat ini, secara umum dikenal dengan dua macam jenis boiler, yaitu fire tube boiler (boiler pipa api) dan water tube boler (boiler pipa air). Water tube boiler mempunyai efisiensi lebih tinggi daripada fire tube boiler, khususnya yang membutuhkan panas tinggi tekanan tinggi. Oleh karena itu, boiler jenis ini banyak digunakan oleh industri yang dalam prosesnya membutuhkan tekanan tinggi.

Proses pemanasan air untuk mendapatkan steam merupakan proses yang sangat umum dilakukan. Secara termodinamika, cukup dengan menaikkan suhu air tersebut hingga mencapai titik yang diinginkan, hal ini dibutuhkan energy untuk menaikkan suhu sehingga merubah fase dari liquid menjadi fase gas. Contoh yang sederhana mengenai ini adalah alat kettle boiler. Faktor teknis dan ekonomi yang sangat diperhatikan untuk menghasilkan steam dengan tekanan yang diinginkan adalah seberapa kecil energy yang dibutuhkan untuk mendapatkan steam yang sesuai. (Elonka,1982)

1.2. Permasalahan

1. Berapakah nilai kalori batubara yang sesuai digunakan untuk menghasilkan steam yang maksimal pada boiler jenis pipa air (Water Tube Boiler) .

2. Bagaimana pengaruh nilai kalori batubara terhadap nilai steam yang dihasilkan oleh boiler jenis pia air (Water Tube Boiler)

1.3. Pembatasan Masalah

(16)

2. Penelitian dilakukan di PT. Sinar Mas Agro Resources and Technology Tbk. 3. Alat yang digunakan untuk mengukur kalori batubara adalah Parr oxygen Bomb

Calorimeter 6400

1.4. Tujuan Penelitian

Untuk mengetahui pengaruh nilai kalori batubara terhadap steam boiler yang dihasilkan oleh boiler jenis pipa air (Water Tube Boiler)

1.5. Manfaat Penelitian

1. Memberikan informasi tentang penggunaan Parr Oxygen Bomb Calorimeter 6400 . 2. Memberikan informasi range kalori batubara yang sesuai digunakan untuk boiler

jenis pipa air (Water Tube Boiler)

1.6. Metodologi Penelitian

Penelitian ini berupa eksperimen laboratorium. Ada beberapa tahapan penelitian. 1. Tahap pertama adalah penyiapan batubara, dihaluskan , dan diayak dengan

menggunakan saringan atau ukuran partikel serbuk 18 mm.

2. Tahap kedua adalah proses analisa nilai kalori batubara dengan menggunakan Parr Oxygen Bomb Calorimeter 6400 sehingga di peroleh beberapa range batu bara

yang dihasilkan oleh batu bara yang berbeda

3. Tahap ketiga mengamati pengaruh dari kalori batubara terhadap steam yang dihasilkan oleh boiler.

Variabel yang digunakan adalah :  Vriabel tetap

a. Berat serbuk batubara setelah dihaluskan (g) b. Ukuran partikel serbuk batubara (mm)

 Variabel bebas

a. Nilai kalori Batubara (kal/g)

(17)

b. Suhu Steam Boiler (°C) c. Tekanan (Bar)

1.7. Lokasi Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium PT.SinarMas Agro Resources and Technology , Tbk

(18)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Batubara

Batu bara adalah salah satu bahan bakar fosil. Pengertian umumnya adalah batuan sedimen yang dapat terbakar, terbentuk dari endapan organik, utamanya adalah sisa-sisa tumbuhan dan terbentuk melalui proses pembatubaraan. Unsur-unsur utamanya terdiri dari karbon, hydrogen dan oksigen.Batu bara juga adalah batuan organik yang memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang kompleks yang dapat ditemui dalam berbagai bentuk.Analisis unsur memberikan rumus formula empiris seperti C137H97O9NS untuk bituminus dan C240H90O4NS untuk antrasit.

Gambar 2.1 Rumus bangun batubara (USGS, 2012)

Reaksi pembentukan batubara dapat diperlihatkan sebagai berikut : 5(C6H10O5) C20H22O4 + 3CH4 + 8H2O + 6CO2 + CO Cellulosa lignit gas metana air

(Sukandarrumidi,2006)

(19)

Pembentukan batu bara memerlukan kondisi-kondisi tertentu dan hanya terjadi pada era-era tertentu sepanjang sejarah geologi. Zaman Karbon, kira-kira 340 juta tahun yang lalu (jtl), adalah masa pembentukan batu bara yang paling produktif dimana hampir seluruh deposit batu bara (black coal) yang ekonomis di belahan bumi bagian utara terbentuk.

Pada Zaman Permian, kira-kira 270 jtl, juga terbentuk endapan-endapan batu bara yang ekonomis di belahan bumi bagian selatan, seperti Australia, dan berlangsung terus hingga ke Zaman Tersier (70 - 13 jtl) di berbagai belahan bumi lain.

(Krevelen ,1993)

Coal gasification adalah sebuah proses untuk mengubah batu bara padat menjadi gas batu bara yang mudah terbakar (combustible gases), setelah proses pemurnian gas-gas ini karbon monoksida (CO), karbon dioksida (CO2), hydrogen (H), metan (CH4), dan nitrogen (N2) – dapat digunakan sebagai bahan bakar. hanya menggunakan udara dan uap air sebagai reacting-gas kemudian menghasilkan water gas atau coal gas, gasifikasi secara nyata mempunyai tingkat emisi udara, kotoran padat dan limbah terendah.

Tetapi, batu bara bukanlah bahan bakar yang sempurna. Terikat di dalamnya adalah sulfur dan nitrogen, bila batu bara ini terbakar kotoran-kotoran ini akan dilepaskan ke udara, bila mengapung di udara zat kimia ini dapat menggabung dengan uap air (seperti contoh kabut) dan tetesan yang jatuh ke tanah seburuk bentuk asam sulfurik dan nitrit, disebut sebagai hujan asam. Disini juga ada noda mineral kecil, termasuk kotoran yang umum tercampur dengan batu bara, partikel kecil ini tidak terbakar dan membuat debu yang tertinggal di coal combustor, beberapa partikel kecil ini juga tertangkap di putaran combustion gases bersama dengan uap air, dari asap yang keluar dari cerobong beberapa partikel kecil ini adalah sangat kecil setara dengan rambut manusia.

Sulfur adalah zat kimia kekuningan yang ada sedikit di batu bara, pada beberapa batu bara yang ditemukan di Ohio, Pennsylvania, West Virginia dan eastern states lainnya, sulfur terdiri dari 3 sampai 10 % dari berat batu bara, beberapa batu bara yang ditemukan di Wyoming, Montana dan negara-negara bagian sebelah barat lainnya sulfur hanya sekitar 1/100ths (lebih kecil dari 1%) dari berat batu bara. Penting bahwa sebagian besar sulfur ini dibuang sbelum mencapai cerobong asap.

(20)

bintik kecil di batu bara disebut sebagai "pyritic sulfur " karena ini dikombinasikan dengan besi menjadi bentuk iron pyrite, selain itu dikenal sebagai "fool's gold” dapat dipisahkan dari batu bara. Secara khusus pada proses satu kali, bongkahan batu bara dimasukkan ke dalam tangki besar yang terisi air , batu bara mengambang ke permukaan ketika kotoran sulfur tenggelam. Fasilitas pencucian ini dinamakan "coal preparation plants" yang membersihkan batu bara dari pengotor-pengotornya. (Geankoplis,2003)

Tidak semua sulfur bisa dibersihkan dengan cara ini, bagaimanapun sulfur pada batu bara adalah secara kimia benar-benar terikat dengan molekul karbonnya, tipe sulfur ini disebut "organic sulfur," dan pencucian tak akan menghilangkannya. Beberapa proses telah dicoba untuk mencampur batu bara dengan bahan kimia yang membebaskan sulfur pergi dari molekul batu bara, tetapi kebanyakan proses ini sudah terbukti terlalu mahal, ilmuan masih bekerja untuk mengurangi biaya dari prose pencucian kimia ini.

Kebanyakan pembangkit tenaga listrik modern dan semua fasilitas yang dibangun setelah 1978 — telah diwajibkan untuk mempunyai alat khusus yang dipasang untuk membuang sulfur dari gas hasil pembakaran batu bara sebelum gas ini naik menuju cerobong asap. Alat ini sebenarnya adalah "flue gas desulfurization units," tetapi banyak orang menyebutnya "scrubbers" — karena mereka men-scrub (menggosok) sulfur keluar dari asap yang dikeluarkan oleh tungku pembakar batu bara. (Smith,1959)

2.1.1 Materi pembentuk batu bara

Hampir seluruh pembentuk batu bara berasal dari tumbuhan. Jenis-jenis tumbuhan pembentuk batu bara dan umurnya menurut Diessel (1981) adalah sebagai berikut:

a. Alga, dari Zaman Pre-kambrium hingga Ordovisium dan bersel tunggal. Sangat sedikit endapan batu bara dari perioda ini.

b. Silofita, dari Zaman Silur hingga Devon Tengah, merupakan turunan dari alga.

Sedikit endapan batu bara dari perioda ini. c. Pteridofita, umur Devon Atas hingga Karbon Atas. Materi utama pembentuk batu

bara berumur Karbon di Eropa dan Amerika utara. Tetumbuhan tanpa bunga dan biji, berkembang biak dengan spora dan tumbuh di iklim hangat.

d. Gimnospermae, kurun waktu mulai dari Zaman Permian hingga Kapur Tengah. Tumbuhan heteroseksual, biji terbungkus dalam buah, semisal pinus, mengandung kadar getah (resin) tinggi. Jenis Pteridospermae seperti gangamopteris dan glossopteris adalah penyusun utama batu bara Permian seperti di Australia, India

(21)

e. Angiospermae, dari Zaman Kapur Atas hingga kini. Jenis tumbuhan modern, buah yang menutupi biji, jantan dan betina dalam satu bunga, kurang bergetah dibanding gimnospermae sehingga, secara umum, kurang dapat terawetkan. (Wahyudiono,2003)

2.2Batu bara di Indonesia

Di Indonesia, endapan batu bara yang bernilai ekonomis terdapat di cekungan Tersier, yang terletak di bagian barat Paparan Sunda (termasuk Pulau Sumatera dan Kalimantan), pada umumnya endapan batu bara ekonomis tersebut dapat dikelompokkan sebagai batu bara berumur Eosen atau sekitar Tersier Bawah, kira-kira 45 juta tahun yang lalu dan Miosen atau sekitar Tersier Atas, kira-kira 20 juta tahun yang lalu menurut Skala waktu geologi.

Batu bara ini terbentuk dari endapan sisa tumbuhan dan fosil pada iklim purba sekitar khatulistiwa yang mirip dengan kondisi kini. Beberapa diantaranya tegolong kubah gambut yang terbentuk di atas muka air tanah rata-rata pada iklim basah sepanjang tahun. Dengan kata lain, kubah gambut ini terbentuk pada kondisi dimana mineral-mineral anorganik yang terbawa air dapat masuk ke dalam sistem dan membentuk lapisan batu bara yang berkadar abu dan sulfur rendah dan menebal secara lokal. Hal ini sangat umum dijumpai pada batu bara Miosen. Sebaliknya, endapan batu bara Eosen umumnya lebih tipis, berkadar abu dan sulfur tinggi. Kedua umur endapan batu bara ini terbentuk pada lingkungan lakustrin, dataran pantai atau delta, mirip dengan daerah pembentukan gambut yang terjadi saat ini di daerah timur Sumatera dan sebagian besar Kalimantan.(Sukandarrumidi,2006)

Kualitas batubara adalah sifat fisika dan kimia dari batubara yang mempengaruhi potensi kegunaannya. Kualitas batubara ditentukan oleh maseral dan mineral matter penyusunnya, serta oleh derajat coalification (rank).

Umumnya, untuk menentukan kualitas batubara dilakukan analisa kimia pada batubara yang diantaranya berupa analisis proksimat dan analisis ultimat. Analisis proksimat dilakukan untuk menentukan jumlah air (moisture), zat terbang (volatile matter), karbon padat (fixed carbon), dan kadar abu (ash), sedangkan analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara seperti : karbon, hidrogen,

(22)

Kualitas batubara ditentukan dengan analisis batubara di laboraturium, diantaranya adalah analisis proksimat dan analisis ultimat. Analisis proksimat dilakukan untuk menentukan jumlah air, zat terbang, karbon padat, dan kadar abu, sedangkan analisis ultimat dilakukan untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara seperti : karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, sulfur, unsur tambahan dan juga unsur jarang.

Kualitas batubara ini diperlukan untuk menentukan apakah batubara tersebut menguntungkan untuk ditambang selain dilihat dari besarnya cadangan batubara di daerah penelitian.

2.3 Sumberdaya batu bara

Potensi sumberdaya batu bara di Indonesia sangat melimpah, terutama di Pulau Kalimantan dan Pulau Sumatera , sedangkan di daerah lainnya dapat dijumpai batu bara walaupun dalam jumlah kecil dan belum dapat ditentukan keekonomisannya, seperti di Jawa Barat, JawaTengah , Papua, dan Sulawesi.

Di Indonesia, batu bara merupakan bahan bakar utama selain solar (diesel fuel) yang telah umum digunakan pada banyak industri, dari segi ekonomis batu bara jauh lebih hemat dibandingkan solar, dengan perbandingan sebagai berikut: Solar Rp 0,74/kilokalori sedangkan batu bara hanya Rp 0,09/kilokalori, (berdasarkan harga solar industri Rp. 6.200/liter).

Dari segi kuantitas batu bara termasuk cadangan energi fosil terpenting bagi Indonesia. Jumlahnya sangat berlimpah, mencapai puluhan milyar ton. Jumlah ini sebenarnya cukup untuk memasok kebutuhan energi listrik hingga ratusan tahun ke depan. Sayangnya, Indonesia tidak mungkin membakar habis batu bara dan mengubahnya menjadi energis listrik melalui PLTU. Selain mengotori lingkungan melalui polutan CO2, SO2, NOx dan CxHy cara ini dinilai kurang efisien dan kurang memberi nilai tambah tinggi.

Batu bara sebaiknya tidak langsung dibakar, akan lebih bermakna dan efisien jika dikonversi menjadi migas sintetis, atau bahan petrokimia lain yang bernilai ekonomi tinggi. Dua cara yang dipertimbangkan dalam hal ini adalah likuifikasi (pencairan) dan grasifikasi (penyubliman) batu bara.

Membakar batu bara secara langsung (direct burning) telah dikembangkan teknologinya secara continue, yang bertujuan untuk mencapai efisiensi pembakaran yang maksimum, cara-cara pembakaran langsung seperti: fixed grate, chain grate, fluidized bed, Universitas Sumatera Utara

(23)

pulverized, dan lain-lain, masing-masing mempunyai kelebihan dan kelemahannya. (Sukandarrumidi,2006)

2.4 Jenis-jenis Batubara

Berdasarkan tingkat proses pembentukannya yang dikontrol oleh tekanan, panas dan waktu, batu bara umumnya dibagi dalam lima kelas: antrasit, bituminus, sub-bituminus, lignit dan gambut.

a) Antrasit adalah kelas batu bara tertinggi, dengan warna hitam berkilauan (luster) metalik, mengandung antara 86% - 98% unsur Karbon (C) dengan kadar air kurang dari 8%.

Gambar 2.1 Batubara Jenis Antrasit

b) Bituminous mengandung 68 - 86% unsur Karbon (C) dan berkadar air 8-10% dari beratnya. Kelas batu bara yang paling banyak ditambang di Indonesia, tersebar di pulau sumatera, kalimantan dan sulawesi.

Gambar 2.2 Batubara Jenis Bituminous

c) Sub-bituminus mengandung sedikit Karbon dan banyak air, dan oleh karenanya menjadi sumber panas yang kurang efisien dibandingkan dengan bituminus.

(24)

Gambar 2.3 Batubara Jenis Sub-bituminous

d) Lignit atau batu bara coklat adalah batu bara yang sangat lunak yang mengandung air 35-75% dari beratnya.

Gambar 2.4 Batubara Jenis Lignit

e) Gambut, berpori dan memiliki kadar air di atas 75% serta nilai kalori yang paling rendah.

Gambar 2.5 Batubara Jenis Gambut 2.5 Kualitas batubara

Batubara yang diperoleh dari penambangan pasti mengandung pengotor (impurities) . Keberadaan pengotor ini diperparah dengan kenyataan bahwa tidak mungkin memilih batubara yang bersih dan terbebas dari mineral. Penambangan dalam jumlah besar selalu menggunakan alat-alat berat seperti bulldoser,backhole,tractor,dan lainnya.

(25)

1. Inherent Impurities

Merupakan pengotor bawaan yang terdapat pada batubara. Batubara yang sudah dicuci (washing) yang di kecilkan ukuran butirannya (crushing) kemudian dibakar dan menyisakan abu. Pengotor ini merupakan pengotor bawaan pada saat pembentukan batubara, pengotor tersebut dapat berupa gipsum (CaSO42H2O), anhidrit (CaSO4) , pirit (FeS2), silika (SiO2) dapat pula berbentuk tulang-tulang binatang (diketahui dari senyawa-senyawa fosfor dari analisis abu) . Pengotor bawaan ini tidak mungkin dihilangkan sama sekali , tetapi dapat dikurangi dengan cara pembersihan . Proses ini dikenal dengan tenologi batubara bersih.

2. External impurities

Merupakan pengotor yang berasal dari luar , timbul pada saat proses penambangan Dalam menentukan mutu / kualitas batubara perlu diperhatikan beberapa hal :

a) Heating Value (HV) ( Calorific Value / Nilai kalor)

Dinyatakan dengan kkal/Kg , banyaknya jumlah kalori yang dihasilkan batubara tiap satuan berat (dalam kilogram).

b) Moisture Content (kandungan lengas / air)

Batubara dengan jumlah lengas tinggi akan memerlukan lebih banyak udara primer untuk mengeringkan batubara tersebut agar suhu batubara pada saat keluar dari gilingan tetap, sehingga hasilnya memiliki kualitas yang terjamin. Jenis air sulit untuk dilepaskan tetapi dapat dikurangi, dengan cara memperkecil ukuran butir batubara (Wahyudiono,2006).

c) Ash Content (Kandungan abu)

Komposisi batubara bersifat heterogen ,apabila batubara dibakar maka senyawa organik yang ada akan di ubah menjadi senyawa oksida yang berukuran butiran dalam bentuk abu. Abu dari sisa pembakaran inilah yang dikenal sebagai ash content. Abu ini merupakan kumpulan dari bahan – bahan pembentuk batubara yang tidak dapat terbakar, atau yang di oksidasi oleh oksigen . Bahan sisa dalam bentuk padatan ini antara lain senyawa SiO2 , Al2O3, TiO2 , Mn3O4 , CaO, Fe2O3 , MgO , K2O , Na2O, P2O, SO3 dan oksida unsur lainnya.

d) Sulfur Content (kandungan belerang)

Belerang yang terdapat pada batubara dalam bentuk senyawa organik dan arorganik, dalam senyawa anorganik dapat dijumpai dalam bentuk mineral pirit (FeS2 bentuk kristal kubus) , markasit (FeS2 bentuk kristal orthorombik) atau dalam

(26)

e) Volatile matter ( bahan mudah menguap )

Kandungan Volatile matter mempengaruhi kesempurnaan pembakaran dan intensitas nyala api.

f) Fixed Carbon

Didevinisikan sebagai material yang tersisa , setelah berkurangnya moisture , volatile matter dan ash. Hubungan ketiganya sebagai berikut:

Fixed Carbon (%) = 100% - Moisture Content – Ash Content Fixed Carbon = 100 – Volatile Matter (%)

g) Hardgrove Grindability Index (HGI)

Suatu bilangan yang menunjukkan mudah atau sukarnya batubara di giling atau di gerus menjadi bentuk serbuk. Butiran paling halus < 3 mm sedangkan yang paling kasar sampai 50 mm.

h) Ash Fusion Character of coal

Kualitas batubara ini diperlukan untuk menentukan apakah batubara tersebut menguntungkan untuk ditambang selain dilihat dari besarnya cadangan batubara di daerah penelitian.

Untuk menentukan jenis batubara, digunakan klasifikasi American Society for Testing and Material (ASTM, 1981, op cit Wood Universitas Sumatera Utaraet al., 1983)(Tabel 5.2).

(27)

Klasifikasi ini dibuat berdasarkan jumlah karbon padat dan nilai kalori dalam basis dry, mineral matter free (dmmf). Untuk mengubah basis air dried (adb) menjadi dry, mineral matter free (dmmf) maka digunakan Parr Formulas (ASTM, 1981, op cit Wood et al., 1983) :

dimana :

FC = % karbon padat (adb) VM = % zat terbang (adb) M = % air total (adb) A = % Abu (adb) S = % sulfur (adb)

Btu = british termal unit = 1,8185*CV adb 2.6 Nilai Kalori Batubara

Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berbeda dengan suhu, karena suhu adalah ukuran dalam satuan derajat panas. Kalor merupakan suatu kuantitas atau jumlah panas baik yang diserap maupun dilepaskan oleh suatu benda.

Dari sisi sejarah kalor merupakan asal kata caloric ditemukan oleh ahli kimia perancis yang bernama Antonnie laurent lavoiser (1743 - 1794). Kalor memiliki satuan Kalori (kal) dan Kilokalori (Kkal). 1 Kalori sama dengan jumlah panas yang dibutuhkan untuk memanaskan 1 gram air naik 1 derajat celcius.

2.7 Metode Standar Analisis Batubara

Metode standar adalah suatu cara analisis dan pengujian baik dari ketelitian, kesederhanaan peralatan , maupun dari aspek-aspek lainnya. Metode ini kemudian dibakukan untuk digunakan sebagai pedoman atau standar analisis dan pengujian. Prosedur baku ini disesuaikan dengan keadaan dan sifat batubara di negara yang bersangutan. Oleh karena cara analisis yang berbeda-beda , maka International Organization for Standardization (ISO) telah berusaha mengembangkan cara yang dapat dipakai di seluruh dunia.

(28)

2.7.1 Standar Internasional

Standar internasional dikeluarkan oleh International Organization for Standardization (ISO) , yang tujuannya menggantikan standar nasional yang ada. Dalam standar ISO sudah tercantum prosedur penentuan standar tersebut, apakah untuk hard coal, coal, brown coal and lignites, atau untuk bahan bakar secara umum (fuel).

Beberapa standar ISO untuk batubara :

ISO 589-1981 Hard Coal –Determination of total moisture

ISO 501-1981 Coal –Determination of the crucible swelling number

ISO 1015-1975 Brown Coals and Lignites- Determination of moisture content: Direct volumetric method

ISO 1015-1976 Solid mineral fuels – Determination of gross calorific value by the calorimeter bomb method, and calculation of net calorific value.

2.7.2 Standar Nasional Indonesia (SNI)

Sampai saat ini telah dikeluarkan beberapa standar untuk penentuan parameter batubara Indonesia. Standar tersebut dikeluarkan oleh Dewan Standar Nasional dengan nama Standar Nasional Indonesia (SNI) .Standar yang dibuat dengan mnterjemahkan standar-standar ISO. (Bayuseno,2005)

2.8 Klasifikasi batubara a. Jenis anthrancite :

Warna hitam , sangat mengkilat ,kompak, kandungan karbon sangat tinggi , nilai kalori sangat tinggi, kandungan air , abu dan sulfur sangat sedikit.

b. Jenis bituminous / subbituminous coal :

Warna hitam mengkilat, kurang kompak, kandungan karbon relatif tinggi, nilai kalori tinggi, kandungan air, abu, sulfur sedikit.

c. Jenis Lignite (brown coal) :

Warna hitam , sangat rapuh, kandungan karbon sedikit, nilai kalori rendah , kandungan air, abu, dan sulfur tinggi.

(29)

a. Batubara tingkat tinggi (high rank),meliputi meta anthracite, anthracite dan semi anthracite

b. Batubara tingkat menengah (moderate rank) meliputi low volatile , bituminos coal, high volatile coal.

c. Batubara tingkat rendah (low rank) meliputi sub bituminous coal lignite.

2.9 Analisis Batubara

Pada prinsipnya dikenal dua jenis pengujian analisis buntuk kualitas batubara yaitu Analisis Prosikmat (Proximate analysis) dan Analisis Ultimate (Ultimate Analysis/Elemental Analysis)

1. Analysis Proksimat , meliputi analisis

a. Moisture Content

b. Ash Content

c. Volatile Metter

d. Fixed Carbon

e. Total Sulfur

f. Gross Calorific Value

g. Hardgrove Grindability Index

2. Analisis Ultimat , meliputi analisis

a. Carbon Content

b. Hidrogen Content

c. Oxygen Content

d. Nitrogen Content

e. Sulfur Content

3. Analisis Steaming Coal a. Niai Kalori

b. Ash Content

2.10 Pengertian Boiler

Boiler adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan

(30)

steam, volumnya akan meningkat sekitar 1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.

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 sistem 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 efisiensi boiler yang lebih tinggi, digunakan economizer untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang.

Sampai dengan saat ini secara umum dikenal dua macam jenis boiler yaitu Fire Tube Boiler (Boiler Tabung Api) dan Water Tube Boiler (Boiler Tabung Air). Water tube boiler mempunyai efisiensi yang lebih tinggi daripada fire tube boiler, khususnya yang membutuhkan panas tinggi atau tekanan tinggi, oleh karena itu boiler jenis ini banyak digunakan oleh industri yang dalam prosesnya membutuhkan tekanan tinggi.(Elonka,1982) 2.11 Nilai Steam Boiler

Steam boiler adalah peralatan yang sangat umum dalam industri, terutama karena daya uapnya sangat berguna. Biasanya digunakan untuk uap dalam industri termasuk melakukan kerja mekanik (misalnya mesin uap menggerakan semacam mesin), pemanas, menghasilkan Vacuums (melalui penggunaan "eductors uap"), dan peningkatan proses kimia (misalnya menubah gas alam menjadi hidrogen dan karbon dioksida).Proses mengubah air menjadi uap sangat sederhana, memanaskan air sampai mendidih. Siapa pun yang pernah rebus sepanci air untuk memasak tahu bagaimana proses ini bekerja. Membuat uap terus-menerus, bagaimanapun, adalah sedikit lebih rumit. Variabel penting untuk mengukur dan pengendalian dalam boiler kontinu adalah level air di dalam "uap drum" (di atas vessel dalam tabung air boiler). Dalam rangka keamanan dan efisiensi untuk menghasilkan aliran kontinu uap, kita harus memastikan drum uap tidak berjalan pada air Universitas Sumatera Utara

(31)

yang terlalu rendah atau terlalu tinggi. Jika tidak ada cukup air dalam drum, tabung air berjalan dalam keadaan kering dan terbakar oleh api. Jika terlalu banyak air dalam drum, air cair dapat terbawa bersama dengan aliran uap, menyebabkan masalah penurunan uap. Nilai steam ini dikenal dengan satuan ‘Bar’.

2.12 Dasar Teori Boiler 1. Boiling

Proses pemanasan air untuk mendapatkan steam merupakan proses yang sangat umum dilakukan oleh manusia. Secara termodinamika, cukup dengan menaikkan suhu air tersebut hingga mencapai titik yang diinginkan, hal ini dibutuhkan energy untuk menaikkan suhu atau merubah fase dari fase liquid menjadi fase gas. Contoh yang sederhana mengenai ini adalah alat kettle boiler.

Faktor teknis dan ekonomi yang sangat diperhatikan untuk menghasilkan steam dengan tekanan yang diinginkan adalah seberapa kecil energi yang dibutuhkan untuk mendapatkan steam yang sesuai.

2. Pressure (Tekanan)

Tekanan merupakan faktor penting dalam proses boiler. Tekanan proses yang diinginkan harus dijaga untuk menjamin kebutuhan steam sesuai tekanan yang dibutuhkan.

3. Temperature (Suhu)

Temperatur adalah panas kerja dalam boiler. Temperatur ini berbanding lurus dengan tekanan yang dihasilkan. Temperatur dan tekanan ini juga yang mencerminkan steam yang dihasilkan. Secara umum ada dua jenis steam yang dihasilkan: Saturated steam Temperature yang dihasilkan segaris dengan tekanan Superheated steam Temperatur yang dihasilkan sesuai dengan design yang direncanakan pada boiler.

4. Kapasitas

Kapasitas adalah kemampuan boiler untuk menghasilkan uap dalam satuan berat per waktu. Untuk mendapatkan kapasitas boiler, harus mengetahui effisiensi dari boiler dan jumlah bahan bakar yang digunakan.

(32)

M DH = h (W) HV Keterangan:

M = Kapasitas, Kg/Jam

DH = Perbedaan entalphy keluar dan masuk, Kcal/Kg h = Effisiensi, %

W = Berat Bahan Bakar, Kg/Jam HV = Heating Value, Kcal/Kg untuk fiber : 2340 Kcal/kg untuk shell : 3480 Kcal/kg 5 Efisiensi

Efisiensi merupakan suatu ukuran efektifitas panas, suatu ukuran persentase berapa banyak steam yang dihasilkan dalam setiap jumlah bahan bakar yang terbakar (Loucks, 1942).

2.13 Water Tube Boiler

Pada water tube boiler, air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk kedalam 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.

2.13.1 Karakteristik water tube boilers sebagai berikut :

a. Forced, induced dan balanced draft membantu untuk meningkatkan

Efisiensi pembakaran

b. Kurang toleran terhadap kualitas air yang dihasilkan dari plant pengolahan air. c. Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.

2.14 Paket Boiler

(33)

Disebut boiler paket sebab sudah tersedia sebagai paket yang lengkap. Pada saat dikirim ke pabrik, hanya memerlukan pipa steam, pipa air, suplai bahan bakar dan sambungan listrik untuk dapat beroperasi. Paket boiler biasanya merupakan tipe shell and tube dengan rancangan fire tube dengan transfer panas baik radiasi maupun konveksi yang tinggi. (Jhon,W 1918)

Gambar 2.6 Jenis Paket Boiler (Spirax Sarco)

Ciri-ciri dari packaged boilers adalah:

a. Kecilnya ruang pembakaran dan tingginya panas yang dilepas menghasilkan penguapan yang lebih cepat.

b . Banyaknya jumlah pipa yang berdiameter kecil membuatnya memiliki perpindahan panas konvektif yang baik

2.15 Neraca Panas

Proses dalam boiler tidak lepas dari penyusunan neraca panas. Proses pembakaran dalam boiler dapat digambarkan dalam gambar neraca energi. Energi masuk dari proses pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi yang bisa digunakan untuk untuk berbagai kebutuhan. Dalam proses ini pasti ada kehilangan energi.

(34)

Sebagai contoh, berikut gambaran kehilangan energi yang mungkin dalam proses boiler dengan menggunakan bahan bakar batu bara.

Kehilangan energi dalam proses bisa dikategorikan kehilangan yang bisa dihindari dan yang tidak dapat dihindari. Pengkajian energi harus mengurangi kehilangan yang dapat dihindari, dengan meningkatkan efisiensi energi. Kehilangan dapat diminimalisasi:

a) Kehilangan panas di gas cerobong. Udara berlebih diturunkan hingga batas udara minimum dibutuhkan. Suhu gas cerobong dioptimalkan dengan pemeliharaan yang baik, teknologi boiler yang baik ,dan lain-lain.

b) Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam ruang pembakaran, mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan.

c) Kehilangan waktu blowdown, pengolahan air umpan yang baik dan daur ulang kondensat.

d) Kehilangan kondensat.

e) Kehilangan konveksi dan radiasi ke lingkungan, dikurangi dengan mengisolasi boiler dengan baik.(Reklaitis,G.V 1942)

2.16 Pengolahan Air Umpan Boiler

Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolahan air yang benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler merupakan bagian dari sistim boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari sistim didepannya. Kinerja boiler, efisiensi, dan umur layanan merupakan hasil langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler.

Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan komponen air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air umpan dalam keadaan terlarut. Walau demik ian, dibawah kondisi panas dan tekanan hampir seluruh komponen terlarut keluar dari larutan sebagai padatan partikuat, kadang-kadang dalam bentuk Kristal dan pada waktu yang lain sebagai bentuk amorph. Jika kelarutan komponen spesifik dalam air terlewati, maka akan terjadi pembentukan kerak dan endapan. Air boiler harus cukup bebas dari pembentukan endapan padat supaya terjadi perpindahan panas yang cepat dan efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler. (Elonka,1982)

(35)

BAB 3

METODE PENELITIAN

3.1 Bahan

 Batubara dari 5 sumber yang berbeda: 1. Batubara yang berasal dari supliyer A 2. Batubara yang berasal dari supliyer B 3. Batubara yang berasal dari supliyer C 4. Batubara yang berasal dari supliyer D 5. Batubara yang berasal dari supliyer E  Gas Nitrogen (Aneka Gas)  Gas Oksigen (Aneka Gas)

3.2 Alat

 Seperangkat alat Bomb Calorimeter 6400 PARR  Alu dan lesung

 Ayakan 1 mm Zrars

 Spatula

 Neraca Analitis Mettler AE 200

3.3 Prosedur Penelitian a) Preparasi sampel

Jenis batubara yang digunakan adalah jenis bituminous yang berasal dari sumatera barat dan kalimantan. Untuk membuat sampel analitis, yaitu sampel yang dibawa ke laboratorium untuk dianalisis , sampel yang baru disampling diperkecil ukuran butiran-butrirannya sampai ± 1mm

3.3.1 Proses Penyiapan serbuk Batubara a) Metode ADB (Air Draine Base)

(36)

Batubara di haluskan dengan menggunakan alu dan lesung yang terbuat dari besi, selanjutnya dihaluskan diayak dengan ayakan 1 mm.Kemudian di keringkan dengan cara di angin-anginkan.

3.3.2 Proses analisa nilai kalori Batubara

a) Metode Bomb Calorimeter PARR 6400

Ditimbang batubara yang telah dihancurkan serta di ayak sebanyak 1g dengan menggunakan neraca analitis di bantu dengan spatula. Kemudian dimasukkan ke alat Bomb Calorimeter Parr 6000 untuk mendapatkan nilai kalori dari batubara tersebut.

3.3.3 Prosedur penggunaan Bomb Kalorimeter 6400 PARR 1.Operating Mode:

a. Untuk melakukan pengukuran sampel tekan “Operation Mode” ke Determination

b. Untuk melakukan Standarisasi tekan “Operation Mode” ke Standardization 2.Bomb Installed /EE

a. Digunakan untuk mengidentifikasi kondisi Bomb dalam kalorimeter 3. Heater and Pump

a. Harus selalu dalam kondisi ON setelah tank Calorimeter diisi dengan air 4. Start Preweigh

a. Tombol ini digunakan untuk sebelum proses penimbangan sampel jika timbangan di hubungkan ke port Balance bagian belakang kalorimeter.

5. Temperature Graph

a. Tombol ini digunakan untuk melihat real time (waktu sesungguhnya) pada bucket dan jacket temperature pada Temperature vc.Time Plot screen 6. Start Pretest

a) Tombol ini digunakan untuk mengecek kondisi awal secara otomatis sebelum proses analisa dilakukan seperti : pengecekan pengisian oksigen, pembilasan (rinse water) dll. (note: Saat menekan tombol ini alat harus dalam kondisi sudah terinstalasi dan Bomb Head dimasukkan atau dipasang ke dalam Calorimeter serta Cover pada calorimeter ditutup). b) Apabila telah selesai PRETEST dan siap melakukan analisa maka kita

siapkan sampel ± 1,0000 gram (0,8000 – 1,2000 g)

(37)

7. Siapkan ignition thread/ benang sepanjang 10 cm , kaitkan pada bomb head , kemudian letakkan perlahan cruicible berisi sampel

8. Masukkan Bomb head pada alat Calorimeter. 9. Tutup Cover calorimeter

10. Pastikan Operating Mode pada posisi DETERMINATION untuk analisa sampel Batubara.

11. Tekan START , maka pada Calorimeter display akan meminta memasukkan data sbb:

a. Masukkan Nama Sampel (jika setuju Yes tidak No) b. Masukkan Bomb ID Number

c. Masukkan Berat sampel

12. Setelah selesai memasukkan data maka otomatis calorimeter akan melakukan analisa. Waktu sebelum melakukan pembakaran PREPERIODE. Kemudian apabila terdapat sinyal suara “Beep...” , maka calorimeter sedang melakukan Firing. apabila beberapa menit (±1 menit) tidak terjadi kenaikan temperature pada bucket maka analisa gagal (Misfire) muncul alarm Error Misfire , ganti dengan sampel yang baru . Apabila terjadi kenaikan calorimeter dalam masa

POSTPERIODE.

13. Apabila analisa telah selesai , instrument calorimeter akan memberikan tanda muncul hasil pada display, dan akan terprint secara otomatis.

14. Buka cover dan angkat Bomb Head , keringkan Bomb head

3.3.4 Prosedur Pengamatan Batubara Sebagai bahan bakar pada boiler jenis pipa air (Water Tube Boiler)

a) Batubara dari masing-masing supliyer : 1. Batubara yang berasal dari supliyer A 2. Batubara yang berasal dari supliyer B 3. Batubara yang berasal dari supliyer C 4. Batubara yang berasal dari supliyer D 5. Batubara yang berasal dari supliyer E

b) Dimasukkan kedalam conveyer berjalan yang menuju ke boiler dengan ketebalan tertentu (skala pabrik yang beroprasi 24jam )

(38)

c) Terjadi pembakaran selama kurang lebih 8 jam (masing-masing dilakukan kepada 5 sampel)

d) Dilakukan pengamatan dan tekanan steam dan suhu yang dihasilkan oleh pembakaran batubara tersebut.

e) Diperoleh nilai steam dan suhu yang dihasilkan oleh masing-masing batubara yang ditunjukkan oleh controller steam

(39)

3.4 Bagan Penelitian

3.4.1 Proses analisa nilai kalori Batubara (ASTM 1981)

Ditumbuk / dihaluskan

Diayak dengan ukuran serbuk 1 mm

Kaitkan ignition thread / benang Masukkan bomb heat pada alat kalorimeter

Tutup cover kalorimeter Tekan start

Masukkan berat sampel pada monitor Tunggu hingga alat berhenti bekerja

Catatan:

• Diulangi untuk kelima sampel batubara yang berbeda Batu bara

Ditimbang batubara ± 1,0000 g

Dimasukkan sampel ke dalam cup bomb head PAAR Calorimeter

(40)

3.4.2 Proses Analisa Batubara sebagai bahan bakar boiler (ASTM 1981)

Batu bara

Di alirkan kedalam ketel boiler

Di amati proses pembakaran atau proses boiling

Di catat tekanan yang ditunjukkan oleh alat penunjuk tekanan (Controler steam)

Dicatat suhu yang dihasilkan oleh pembakaran boiler

Diulangi perlakuan pada lima sampel yang berbeda

Batubara

Diperoleh perbandingan nilai steam yang dihasilkan oleh masing-masing sampel batubara

(41)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

Hasil Analisa Laboratorium untuk spesifikasi kandungan batubara dari masing-masing supliyer menggunakan metode:

1. Analisa proksimat :

a. Untuk menentukan jumlah air b. Untuk menentukan zat terbang c. Untuk menentukan karbon padat d. Untuk menentukan kadar abu 2. Analisa Ultimat

a. Untuk menentukan kandungan unsur kimia pada batubara seperti : Karbon, Hidrogen, Oksigen, Nitrogen,Sulfur, unsur tambahan dan juga unsur jarang

Dari kedua analisa di atas maka di peroleh :

Tabel 4.1 Spesifikasi Kandungan Batubara Supliyer A No Kandungan Batubara Komposisi (%)

1 C (Carbon) 57,21

2 H (Hidrogen) 5,86

3 N (Nitrogen) 2,02

4 O (Oksigen) 10,95

5 S (Sulfur) 0,66

6 Ash (Abu) 12,58

7 Air 10,72

(42)

Tabel 4.2 Spesifikasi Kandungan Batubara Supliyer B No Kandungan Batubara Komposisi (%)

1 C (Carbon) 57,34

2 H (Hidrogen) 4,25

3 N (Nitrogen) 1,32

4 O (Oksigen) 11,88

5 S (Sulfur) 0,45

6 Ash (Abu) 13,43

7 Air 11,33

Total 100,00

Tabel 4.3 Spesifikasi Kandungan Batubara Supliyer C No Kandungan Batubara Komposisi (%)

1 C (Carbon) 58,89

2 H (Hidrogen) 4,19

3 N (Nitrogen) 1,08

4 O (Oksigen) 13,86

5 S (Sulfur) 0,78

6 Ash (Abu) 12,64

7 Air 8,56

Total 100,00

Tabel 4.4 Spesifikasi Kandungan Batubara Supliyer D

(43)

No Kandungan Batubara Komposisi (%)

1 C (Carbon) 58,91

2 H (Hidrogen) 4,18

3 N (Nitrogen) 1,03

4 O (Oksigen) 11,87

5 S (Sulfur) 0,55

6 Ash (Abu) 13,93

7 Air 9,53

Total 100,00

Tabel 4.5 Spesifikasi Kandungan Batubara Spliyer E

(Hasil analisa dari masing-masing laboratorium supliyer)

Hasil Analisa Laboratorium untuk nilai kalori batubara jenis Subbituminous adalah 8.300 – 9500 BTU/jam. Dengan menggunakan Parr Oxygen Bomb Calorimeter 6400 di peroleh nilai kalori dari masing-masing supliyer batubara sebagai berikut:

Tabel 4.6 Nilai Kalori batubara beberapa supliyer No Kandungan Batubara Komposisi (%)

1 C (Carbon) 58,28

2 H (Hidrogen) 4,01

3 N (Nitrogen) 1,02

4 O (Oksigen) 11,88

5 S (Sulfur) 0,87

6 Ash (Abu) 14,21

7 Air 9,73

(44)

No Supliyer Nilai Kalori (kkal/g)

Nilai Kalori (BTU/jam) 1 Batubara supliyer A 2.510 9.953,997462 2 Batubara supliyer B 1.964 7.788,705584 3 Batubara supliyer C 2.305 9.141,021574 4 Batubara supliyer D 2.389 9.474,143401 5 Batubara supliyer E 2.197 8.712,722081 *) 1 btu = 252,16 kal = 0,25216 kkal

4.2 Pembahasan

4.2.1 Analisa Batubara

Karakteristik batubara yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis Subbituminous dengan memiliki ciri-ciri fisik warna hitam, sangat mengkilat, kandungan air, abu dan sulfur yang sedikit. Jenis batubara ini mampu menghasilkan nilai kalori 8.300 – 9.500 BTU/jam.

Dari hasil analisa Laboratorium PT. SMART,Tbk, batubara yang sesuai dengan kualifikasi baru bara yang digunakan di PT. SMART,Tbk adalah batubara yang berasal dari Supliyer D karena spesifikasinya hampir mendekati spesifikasi batubara PT. SMART,Tbk.

4.2.2 Penentuan Nilai Kalori Batubara

Dari tabel 4.6, diperoleh 3 supliyer yang nilai kalori batubaranya berada dalam range yang sesuai untuk jenis batubara Subbitumious yaitu Supliyer C dengan nilai kalori 9.141,021574 BTU/jam, Supliyer D dengan nilai kalori 9.474,143401 BTU/jam dan Supliyer E dengan nilai kalori 8.712,722081 BTU/jam. Maka batubara yang digunakan adalah batubara yang berasal dari Supliyer D karena mempunyai nilai kalori yang hampir mendekati nilai kalori tertinggi dari jenis batubara Subbitumious yaitu 9.474,143401 BTU/jam hampir mendekati/sama dengan 9500 BTU/jam. Hal

(45)

ini disebabkan semakin tinggi nilai kalor batubara maka semakin cepat pemanasan pada Water Tube Boiler (Boiler pipa air).

4.2.3 Pengaruh Nilai Kalori Terhadap Tekanan

Tabel 4.7 Tekanan dari batubara

*) 1 bar = 100kPa

Kemudian dibuat grafik hubungan antara Nilai Kalori terhadap Tekanan

Gambar 4.4 Grafik Hubungan Nilai kalori Terhadap Tekanan

Dari grafik diatas, terlihat bahwa semakin tinggi nilai kalori maka semakin tinggi tekanan yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena tekanan sangat dipengaruhi nilai kalori. Batubara dengan tekanan mendekati 13,2 Bar adalah

No Supliyer Nilai Kalori

(BTU/jam)

Tekanan (Bar)

Tekanan (kPa) 1 Supliyer A 9.953,997462 13,690 1369,00 2 Supliyer B 7.788,705584 11,488 1148,80 3 Supliyer C 9.141,021574 12,551 1255,10 4 Supliyer D 9.474,143401 13,111 1311,10 5 Supliyer E 8.712,722081 12,010 1201,00

(46)

batubara yang berasal dari Supliyer D karena tekanan yang dihasilkan hampir mendekati tekanan pada Water Tube Boiler (Boiler pipa air) yaitu 13,11 Bar.

4.2.4 Pengaruh Nilai Kalori Terhadap Suhu

Tabel 4.8 Suhu dari batubara

*) Buku Smith, 2005 tabel F.1 hal 719

Kemudian dibuat grafik hubungan antara Nilai kalori terhadap Suhu

Gambar 4.5 Grafik Hubungan Nilai Kalori Terhadap Suhu

Dari grafik diatas, terlihat bahwa semakin tinggi nilai kalori maka semakin tinggi suhu yang dihasilkan. Hal ini disebabkan karena suhu sangat dipengaruhi oleh nilai kalori. Dalam penelitian ini, penentuan suhu berdasarkan pada tekanan di dalam

No Supliyer Nilai Kalori

(BTU/jam)

Tekanan

(kPa) Suhu (K) 1 Supliyer A 9.953,997462 1369,00 194 2 Supliyer B 7.788,705584 1148,80 186 3 Supliyer C 9.141,021574 1255,10 190 4 Supliyer D 9.474,143401 1311,10 192 5 Supliyer E 8.712,722081 1201,00 188

(47)

tabel saturated steam dimana suhu akan semakin meningkat dengan semakin besarnya tekanan.

4.2.5 Pengaruh Nilai Kalori terhadap Steam

Dari tabel F.1 (Smith, 2005) halaman 719 didapat nilai enthalpy liquid dan enthalphy vapor pada suhu dan tekanan dalam saturated steam

Tabel 4.9 Enthalpy vapor dan Enthalphy liquid Tekanan (kPa) Suhu (K) ΔHv (kJ/kg) ΔHl (kJ/kg)

1369,00 194 2787,1 825,4

1148,00 186 2781,2 789,7

1255,10 190 2784,3 807,5

1311,10 192 2785,7 816,5

1201,00 188 2782,8 798,6

Untuk mendapat jumlah steam yang dihasilkan berdasarkan nilai kalori yang telah didapat dari batubara berbagai suplayer. Maka dapat digunakan rumus :

msteam = steam steam Q λ l v steam =∆H −∆H

dimana : Qsteam = nilai kalori (kJ/jam)

msteam = massa steam yang dihasilkan (kg/jam)

λsteam = selisih antara Enthalpy vapor dengan Enthalphy

liquid (kJ/kg)

Contoh : Supliyer A = λ_steam =∆H_v −∆H_l = 2787,1 – 825,4 = 1961,7

(48)

Maka msteam = steam steam Q

7 , 1961

60 10502064,5

= 5353,55

Dengan menggunakan rumus yang sama maka diperoleh nilai steam yang dihasilakan oleh masing-masing supliyer sebagai berikut :

Tabel 4.10 Steam yang dihasilkan dari berbagai jenis batubara

No Supliyer Nilai kalor

(BTU/jam)

Nilai kalor (kJ/jam)

λsteam (kJ/kg)

Steam (kg) 1 Supliyer A 9953,997462 10502064,560 1961,7 5353,55 2 Supliyer B 7788,705584 8217551,713 1991,5 4126,31 3 Supliyer C 9141,021574 9644326,221 1976,8 4878,76 4 Supliyer D 9474,143401 9995789,737 1969,2 5076,07 5 Supliyer E 8712,722081 9192444,559 1984,2 4632,82 *) 1 BTU = 1055,06 kJ

Kemudian dibuat grafik hubungan antara Nilai kalori terhadap Jumlah steam.

Gambar 4.6 Grafik Hubungan antara Nilai kalori terhadap Jumlah Steam

(49)

Dari grafik diatas, terlihat bahwa semakin tinggi nilai kalori, maka steam yang dihasilkan semakin besar. Hal ini menunjukkan bahwa nilai kalori yang tinggi mempunyai pengaruh yang besar terhadap nilai steam yang dihasilkan. Steam yang dihasilkan untuk berbagai jenis batubara dari berbagai suplayer baik digunakan untuk Water Tube Boiler (Boiler pipa air) karena steam yang dihasilkan masih berada dalam range steam yaitu 4.100 – 12000 kg/jam. Tetapi batu batubara yang sangat memenuhi standart untuk PT. SMART,Tbk adalah batu bara yang berasal dari Supliyer D karena dilihat dari spesifikasi batubara yaitu Carbon (C) 58,91%, Hidrogen (H) 4,18%, Nitrogen (N) 1,03%, Oksigen (O) 11,87%, Sulfur (S) 0,55%, Ash (abu) 13,93%, air 9,53% ; dari nilai kalor yang dihasilkan 9.474,143401 BTU/jam ; dari tekanan yang dihasilkan 13,11 Bar ; dari suhu yang dihasilkan 192 K dan dari jumlah steam yang dihasilkan 5.076,07 kg/jam. Semua hasil tersebut sesuai atau hampir mendekati ketentuan yang telah ditetapkan untuk Water Tube Boiler (Boiler pipa air).

(50)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

1. KESIMPULAN

Jenis Boiler yang digunakan adalah Water Tube Boiler (Boiler pipa air). Batubara yang digunakan adalah jenis Subbituminous dengan nilai kalori 8.300 – 9500 BTU/jam, semakin tinggi nilai kalori maka akan semakin besar tekanan , suhu dan steam yang dihasilkan

Hasil terbaik untuk spesifikasi batubara

• Asal Batubara Supliyer D

• Jenis Batubara Subbituminous

• Nilai kalori 9.474,143401 BTU/jam

• Tekanan 13,11 Bar

• Suhu 192 K

• Jumlah steam yang dihasilkan 5.076,07 kg/jam 2. SARAN

a. Sebaiknya digunakan jenis batubara yang lain untuk mengetahui perbandingan nilai kalori yang dihasilkan

b. Untuk sisa pembakaran Batubara (ash / debu) sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut, misalnya sebagai adsorben atau lainnya, karena ash (debu) tersebut sangat potensial untuk di teliti lebih lanjut.

(51)

DAFTAR PUSTAKA

Anonim.2012a.Pengertian Kalor, http//organisasi.org/pengertiankalor.com.Tanggal 11 April 2012

Anonim.2012b. Steam Boiler, http//instrumentasi-a-kontrol.com Tanggal 23 maret 2012 Bayuseno,A.P,dkk.2005.Pengaruh Sifat Fisik Dan Struktur Mineral Batubara Lokal Terhadap Sifat Pembakaran. Semarang : Universitas Diponegoro.

Geankoplis,C.J.2003. Transport Processes And Separation Process Prinsiples.New Jersey Pearson education Inc.

Jhon.W.1962. Chemical Reaction Engineering.Canada. Jhon wiley And Sons,Inc Krevelen, D.W. Van. 1993. Coal, Tokyo : Elsivier

Loucks ,D.P. 1981. Water Resource Systems Planning And Analysis. USA : Prentice Hall,Inc Englewood Cliffs.

Reklaitis G.V. 1942. Introduction To Material and Energy Balances.USA. Pearson education Inc.

Smith, J.M. 1959.Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. USA: McGraw-Hill.

Sukandarrumidi. 2006. Batubara Dan Pemanfaatannya. Yogyakarta: Gajah Mada University Press.

Wahyudiono,B.T. 2002, Pengaruh Posisi Statigrafi Terhadap Mutu Batubara Formasi

Warukin Sebagai Energi Panas Kontak Langsung, Thesis, Yogyakarta : Pascasarjana, Universitas Gajah Mada.

(52)

LAMPIRAN

Gambar Alat

(1)

tabel saturated steam dimana suhu akan semakin meningkat dengan semakin besarnya tekanan.

4.2.5 Pengaruh Nilai Kalori terhadap Steam

Dari tabel F.1 (Smith, 2005) halaman 719 didapat nilai enthalpy liquid dan enthalphy vapor pada suhu dan tekanan dalam saturated steam

Tabel 4.9 Enthalpy vapor dan Enthalphy liquid Tekanan (kPa) Suhu (K) ΔHv (kJ/kg) ΔHl (kJ/kg)

1369,00 194 2787,1 825,4

1148,00 186 2781,2 789,7

1255,10 190 2784,3 807,5

1311,10 192 2785,7 816,5

1201,00 188 2782,8 798,6

Untuk mendapat jumlah steam yang dihasilkan berdasarkan nilai kalori yang telah didapat dari batubara berbagai suplayer. Maka dapat digunakan rumus :

msteam =

steam steam Q λ l v steam =∆H −∆H λ

dimana : Qsteam = nilai kalori (kJ/jam)

msteam = massa steam yang dihasilkan (kg/jam)

λsteam = selisih antara Enthalpy vapor dengan Enthalphy liquid (kJ/kg)

Contoh : Supliyer A = λ_steam =∆H_v −∆H_l = 2787,1 – 825,4 = 1961,7

(2)

Maka msteam =

steam steam Q

7 , 1961

60 10502064,5

= 5353,55

Dengan menggunakan rumus yang sama maka diperoleh nilai steam yang dihasilakan oleh masing-masing supliyer sebagai berikut :

Tabel 4.10 Steam yang dihasilkan dari berbagai jenis batubara No Supliyer Nilai kalor

(BTU/jam)

Nilai kalor (kJ/jam)

λsteam (kJ/kg)

(3)

(4)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

1. KESIMPULAN

Hasil terbaik untuk spesifikasi batubara

• Asal Batubara Supliyer D

• Jenis Batubara Subbituminous

• Nilai kalori 9.474,143401 BTU/jam

• Tekanan 13,11 Bar

• Suhu 192 K

• Jumlah steam yang dihasilkan 5.076,07 kg/jam

2. SARAN

a. Sebaiknya digunakan jenis batubara yang lain untuk mengetahui perbandingan nilai kalori yang dihasilkan

b. Untuk sisa pembakaran Batubara (ash / debu) sebaiknya dilakukan penelitian lebih lanjut, misalnya sebagai adsorben atau lainnya, karena ash (debu)