PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA

PROPOSAL TUGAS AKHIR
ANALISA PEMBENTUKAN SLAGGING DAN FOULING
PEMBAKARAN BATUBARA PADA FURNACE DI UNIT CR PURI
KALSINASI PT. PETROKIMA GRESIK

Riyan Cahya P
NRP : 2414106019
DOSEN PEMBIMBING :
Dr. Ridho Hantoro, ST.,MT.
Nurlaila Hamnidah ST, MSc

NIP. 19761223 200501 1 001
NIP. 19880710201504 2 001

PROGRAM STUDI S1 TEKNIK FISIKA
JURUSAN TEKNIK FISIKA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA
2016

LEMBAR PENGESAHAN
PROPOSAL TUGAS AKHIR
JURUSAN TEKNIK FISIKA FTI-ITS
1. Judul
: Analisa Pembentukan Slagging dan Fouling Pembakaran
Batubara pada Furnace di unit CR puri kalsinasi PT Petrokimia Gresik
2. Bidang Minat
: Rekayasa Energi
3. Mata Kuliah pilihan yang diambil :
 Energi Baru dan Terbarukan
 Instrumentasi Industri
 Managemen Resiko
4. a. Nama
: Riyan Cahya P
b. NRP
: 2414106019
c. Jenis Kelamin
: Laki-laki
5. Jangka Waktu
: 1 Semester / 5 Bulan

6. Pembimbing I
: Dr. Ridho Hantoro, ST.,M.T
7. Pembimbing II
: Nurlaila Hamnidah ST, MSc
7. Usulan Proposal ke
: 1 (Satu)
8. Status
: Baru
Surabaya, 10 Februari 2016
Pengusul Proposal,

Riyan Cahya P
NRP. 2414 106 019
Mengetahui/Menyetujui
Pembimbing I

Mengetahui/Menyetujui
Pembimbing II

Dr. Ridho Hantoro, S.T, M.T

NIP. 19761223 200501 1 001

Nurlaila Hamnidah ST, MSc
NIP. 19880710201504 2 001
Mengetahui
Kepala Laboratorium

Rekayasa Energi dan Pengkondisian Lingkungan,

Dr. Gunawan Nugroho, S.T., M.T. NIP. NIP. 19771127
200212 1 002

I. Judul
“Analisa Performansi Flap Pesawat N-2XX Terhadap Perubahan Gap dan Overlap Di
PT. Dirgantara Indonesia.”
II. Mata kuliah pilihan yang diambil
 Mesin-mesin Fluida
 Ekonomi Energi
 Sistem Penyimpanan Energi
 Energi Baru dan Terbarukan

III. Pembimbing
Pembimbing 1 : Dr. Ridho Hantoro, ST., MT.
Pembimbing 2 : Nurlaila Hamnidah ST, MSc.

IV. Latar Belakang
Saat ini kelangkaan bahan bakar yang membuat harga bahan bakar terus merangkak naik
dikarenakan ketersediaan bahan bakar fosil juga terbatas, maka banyak perusahaan berusaha
untuk menekan pemakaian bahan bakar tanpa mengganggu proses produksinya. Ada beberapa
cara yang dilakukan diantaranya adalah menaikkan efisiensi baik tenaga kerja maupun mesinmesin pembangkitnya, semisal untuk mesin boiler. Pada mesin furnace, metode yang digunakan
untuk menaikan efisiensinya ada bermacam-macam, diantaranya adalah dengan cara
memaksimalkan hasil proses pembakar di boiler, yang dimana dengan menggunakan bahan bakar
yang telah standar akan menghasilkan proses pembakaran yang sempurna. Untuk mendapatkan
efisiensi yang optimal sangat dipengaruhi oleh proses pembakaran yang sempurna (Asmudi,
2009). Proses pembakaran yang sempurna itu juga dipengaruhi oleh kualitas bahan bakar yang
digunakan baik atau tidak serta perlakuan terhadap batubara saat dimasukkan dalam proses
pembakaran. Pada bahan bakar fosil umumnya mengandung sejumlah ash dan pada proses
pembakaran pasti akan menghasilkan ash. Ash ini akan menurunkan nilai kalor bahan bakar dan
akan menimbulkan fuel storage menjadi berat, maka diperlukan peralatan yang besar untuk
mengumpulkan sisa ash dari pembakaran, memindahkan dan membuang ash. Dalam proses pada
boiler dengan menggunakan batu bara masalah utama dari ash adalah endapannya. Maka dari itu

abu pada proses perpindahan panas di boiler telah menjadi tantangan operasional yang sangat
penting (Xiaojiang Wu, 2014). Ash dapat dilepaskan dalam bentuk leburan atau dalam keadaan
plastis. Hal tersebut akan mengakibatkan adanya penumpukan ash pada dinding furnace dan
permukaan panas lainnya. Walaupun dalam porsi yang kecil, namun dapat menjadi besar
pengaruhnya terhadap kerja boiler. Akumulasi dari endapan ash pada pada dinding furnace akan
mempengaruhi perpindahan panas, menurunkan absorbsi panas, menunda pendinginan flue gas
dan meningkatkan temperatur keluar furnace. Untuk mendapatkan nilai efisiensi yang optimal
pada mesin boiler dapat dilakukan dengan cara melakukan efisiensi konsumsi bahan bakar dalam
operasi boiler adalah mempertahankan efisiensi produksi uap selalu dalam performa tinggi, oleh
karena itu dapat memanfaatkan masukan energi sebanyak mungkin untuk menghasilkan uap
( Teguh Wahudi dkk, 2006). Boiler perhitungan efisiensi dapat dihitung dengan menggunakan
metode langsung dan metode tidak langsung. Dalam setiap pembakaran pastilah akan
menghasilkan limbah, dan dimana llimbah tersebut akan menimbulkan dampak pada lingkungan,
dan juga bisa berdampak pada baik tidaknya sebuah proses pembakaran yang terjadi.

V. Rumusan Masalahan
Berdasarkan latar belakang diatas maka permasalah yang di angkat dalam tugas akhir ini
adalah sebagai berikut :
1. Bagaimana mengetahui efisiensi perbakaran yang terjadi pada Boiler dengan bahan\
bakar batubara di PT. Petrokimia Gresik

2. Bagaimana cara mengetahui komposisi tebentuknya slagging dan fouling pada furnace
dengan bahan bakar batubara di PT. Petrokimia Gresik
3. Bagaimana pengaruh slagging dan fouling pada performansi proses pembakaran di furnace

VI. Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
Penelitian ini membahas jenis dan
karakteristik penggunan batubara yang digunakan sebagai bahan bakar pada furnace di
PT.Petrokimia berdasarkan data proximasi dan ultimasi
b. Penelitian ini akan membahas proses pembakaran batubara pada furnace
c. Penelitian ini membahas parameter yang berpengaruh pada proses pembakaran yang terjadi
pada furnace
d. Penelitan ini berfokus pada hasil efisiensi pembakaran pada furnace di PT. Peterokimia
e. Penelitian ini akan berfokus pada proses terjadinya slagging dan fouling pada furnace
f. Penelitan ini akan membatasi tentang pengaruh slagging dan fouling pada proses
pembakaran di furnace
a.

VII. Tujuan

Tujuan dilakukannya tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui efisiensi pembakaran pada boiler dengan bahan bakar batubara di PT.
Petrokimia Gresik
2. Mengetahui komposisi dan proses pembentukan slagging dan fouling pada boiler dengan
bahan bakar batubara PT. Petrokimia Gresik
3. Mengetahui pengaruh slagging dan fouling pada performansi proses pembakaran di boiler

VIII.

Tinjauan Pustaka
Berikut merupakan beberapa penelitian sebelumnya terkait dengan tugas akhir
mengenai flap pada sayap pesawat :
1.
D. Zhang, 2013, “Ash fouling, deposition and slagging in ultra-supercritical coal
power plants “ , University of Science and Technology Liaoning, China and The
University of Western Australia, Australia . Dalam review jurnal ini membahas
mengenai pengaruh abu (Ash) pada proses perpindahan panas pada proses pembakaran
di boiler yang akan berpengaruh pada operational di pembangkit.
2.
Arafat A. Bhuiyan and Jamal Naser, 2014 “Modeling of slagging in industrial furnace:

a comprehensive review”, Faculty of Science, Engineering and Technology (FSET)
Swinburne University of Technology, VIC-3122, Australia. Dalam review jurnal ini
membahas prediksi-prediksi satu atau dua dimensi untuk membahas slagging pada
furnace,
Artikelini menawarkan suatu Tinjauan ekstensif
aspek
-aspek mendasar dan tren dalam pemodelan numerik formasi slagging di tungku industri
/furnace.
3.
M.U. Degereji, D.B. Ingham, L. Ma⇑, M. Pourkashanian, A. Williams, 2010
“Prediction of ash slagging propensity in a pulverized coal combustion furnace”,
Centre for Computational Fluid Dynamics, School of Process, Environmental and
Materials Engineering, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, UK. Dalam review jurnal
ini membahas model numerik untuk memprediksi harga pengendapan abu boiler telah
dikembangkan. Model pengendapan didasarkan pada kecenderungan sticking abu
partikel di impaksi pada dinding boiler. Slagging numerik Indeks (NSI) yang berkorelasi
dengan kinerja praktis berbeda batubara juga telah dikembangkan.

IX. Teori Penunjang
9.1 Furnace

Furnace adalah dapur sebagai penerima panas bahan bakar untuk pembakaran,
yang terdapat fire gate di bagian bawah sebagai alas bahan bakar dan yang sekelilingnya
adalah pipa-pipa air ketel yang menempel pada dinding tembok ruang pembakaran yang
menerima panas dari bahan bakar secara radiasi, konduksi, dan konveksi.Tungku adalah
sebuah peralatan yang digunakan untuk melelehkan logam untuk pembuatan bagian
mesin (casting) atau untuk memanaskan bahan serta mengubah bentuknya (misalnya
rolling/penggulungan, penempaan) atau merubah sifat-sifatnya (perlakuan panas).
Karena gas buang dari bahan bakar berkontak langsung dengan bahan baku, maka jenis
bahan bakar yang dipilih menjadi penting. Sebagai contoh, beberapa bahan tidak akan
mentolelir sulfur dalam bahan bakar. Bahan bakar padat akan menghasilkan bahan
partikulat yang akan mengganggu bahan baku yang ditempatkan di dalam tungku. Untuk
alasan ini :


Hampir seluruh tungku menggunakan bahan bakar cair, bahan bakar gas atau listrik
sebagai masukan energinya.



Tungku induksi dan busur/arc menggunakan listrik untuk melelehkan baja dan besi
tuang.



Tungku pelelehan untuk bahan baku bukan besi menggunakan bahan bakar minyak.



Tungku yang dibakar dengan minyak bakar hampir seluruhnya menggunakan minyak
tungku, terutama untuk pemanasan kembali dan perlakuan panas bahan.



Minyak diesel ringan (LDO) digunakan dalam tungku bila tidak dikehendaki adanya
sulfur.

Idealnya tungku harus memanaskan bahan sebanyak mungkin sampai mencapai suhu
yang seragam dengan bahan bakar dan buruh sesedikit mungkin. Kunci dari operasi
tungku yang efisien terletak pada pembakaran bahan bakar yang sempurna dengan

udara berlebih yang minim. Tungku beroperasi dengan efisiensi yang relatif rendah
(serendah 7 persen) dibandingkan dengan peralatan pembakaran lainnya seperti boiler
(dengan efisiensi lebih dari 90 persen). Hal ini disebabkan oleh suhu operasi yang
tinggi dalam tungku. Sebagai contoh, sebuah tungku yang memanaskan bahan sampai
suhu 1200 derajat Celsius akan mengemisikan gas buang pada suhu 1200 derajat
celsius atau lebih yang me ngakibatkan kehilangan panas yang cukup signifikan melalui
cerobong.
Seluruh tungku memiliki komponen-komponen :



Ruang refraktori dibangun dari bahan isolasi untuk menahan panas pada suhu operasi
yang tinggi.



Perapian untuk menyangga atau membawa baja, yang terdiri dari bahan refraktori
yang didukung oleh sebuah bangunan baja, sebagian darinya didinginkan oleh air.



Burners yang menggunakan bahan bakar cair atau gas digunakan untuk menaikan dan
menjaga suhu dalam ruangan. Batubara atau listrik dapat digunakan dalam
pemanasan ulang/reheating tungku.



Cerobong digunakan untuk membuang gas buang pembakaran dari ruangan



Pintu pengisian dan pengeluaran digunakan untuk pemuatan dan pengeluaran muatan.
Peralatan bongkar muat termasuk roller tables, conveyor, mesin pemuat dan
pendorong tungku.

9.2 Prinsip Kerja Furnace
Dalam furnace terdapat susunan tube yang berfungi sebagai tempat mengalirnya
fluida yang akan dipanaskan, api yang menyala akan memanasakan sisi luar tube
selanjutnya panas tersebut akan menyerap kedalam, sehingga panasnya akan
ditransferkan ke fluida yang mengalir di dalamnya. Proses penyerapan panas oleh fluida
terjadi dengan tiga cara, yaitu konduksi, konveksi dan radiasi, berikut penjelasannya:

 Perpindahan Panas Secara Konduksi
Perpindahan panas yang terjadi antara tube yang telah menerima panas kemudian
diserap oleh fluida yang ada didalamnya dan kemudian panas akan menyebar ke
seluruh aliran fluida.
 Perpindahan panas secara Konveksi
Perpindahan panas dari gas hasil pembakaran, gas tersebut sebelum keluar dari
cerobong akan bersinggungan terlebih dahulu dengan sisi tube sehingga pipa akan
mendapatkan transfer panas.
 Perpindahan panas secara radiasi
Yaitu perpindahan panas dari cahaya api atau pancaran api yang mengenai tube, tube
yang menerima nyala api ini disebut dengan radiation tube. Sebagian besar panas
fluida dihasilkan dari proses radiasi ini yaitu berkisar 60%-70%.
9.3 Dasar Perhitungan Efisiensi Boiler
Tujuan utama furnace yaitu memanaskan fluida sesuai dengan temperatur yang
ditentukan, agar dapat diolah pada proses selanjutnya. Untuk mendapatkan hasil yang
maksimal, maka terdapat beberapa hal-hal penting yang perlu dipesrhatikan pada proses
kerja furnace, berikut hal-hal yang mempengaruhi efesiensi furnace:

 Penyesuaian sistem nyala api pada burner.
 Reaksi proses pembakaran yang berlangsung sempurna.
 Panas dari hasil pembakaran dari fuel oil dan fuel gas dapat tersalur dan terserap
dengan
baik oleh zat yang dipanaskan.
 Permukaan tube yang bersih agar proses penerimaan panas dapat berlangsung dengan
maksimal.
 Memperkecil panas yang hilang baik melalui cerobong maupun dinding furnace.
Persamaan yang digunakan dalam menghitung
efisiensi dalam perhitungan panas (Q) :
Panas sensible (Qs) = m x Cp x dT ...................(1)
Panas laten (Ql) = m x .....................................(2)
panas masuk
× 100
Efisiensi =
panas keluar
Indeks slagging
Perhitungan Slagging Indeks (R) untuk Ash Bituminous dibawa ke perhitungan base untuk
rasio asam dan persen berat pada dry basis dari sulfur dalam batu bara. Kandungan sulfur
mengindikasikan jumlah besi yang muncul dalam bentuk pyrite. Perhitungannya sebagai
berikut:
Rs = � � x S
Dimana :
B = CaO + MgO + Fe2O3 + Na2O + KO2 = senyawa asam ,%
A = SiO2 + Al2O3 + TiO2 = senyawa basa, %
S = % berat sulfur pada dry basis batu bara
Klasiikasi potensi slagging dengan menggunakan Rs adalah:
Rs < 0,6 = Rendah
0,6 < Rs < 2,0 = Sedang
2,0 < Rs < 2,6 = Tinggi
2,6 < Rs = Tinggi sekali
Indeks fouling
Indeks fouling untuk ash bituminous didapatkan dari karakteristik kekuatan sintering
menggunakan kandungan sodium dari ash batubara dan rasio dasar dari asam:
Rf = � � x Na2O
Dimana :
B = CaO + MgO + Fe2O3 + Na2O + KO2
A = SiO2 + Al2O3 + TiO2
Na2O = % berat alkali dari analisis ash batu bara
Klasifikasi potensi fouling menggunakan Rf adalah :
R f < 0,2 = Rendah
0,2 < Rf < 0,5 = Sedang
0,5 < R f < 1,0 = Tinggi
1,0 < Rf = Tinggi Sekali

X. Metodologi Penelitian

Start

Studi Literatur
-Furnace
-Batubara
-Proses Pembakaran
-Slagging & Fouling
-Efisiensi Furnace

Data:
-HHV
-LHV
-Jenis Batubara

Perhitungan Slagging & Fouling dari Pembakaran

Tidak sesuai

Validasi

Sesuai
Analisa Perhitungan
Finish

Penjelasan mengenai diagram alir dapat diketahui seperti di bawah ini
1. Studi Literatur
Pada tahap ini akan dilakukan mencari, mengumpulkan, dan memahami baik berupa
jurnal, artikel, buku referensi, internet, dan sumber-sumber lain yang berhubungan dengan
masalah Tugas Akhir. Sehingga pada akhir tahap ini diketahui pengertian dari Furnice
mengenai cara kerja serta klasifikasinya, perhitungan efisiensi kerja pada furnice, dan
kesetimbangan kalor batubara, potensi timbulnya slagging & fouling pada Furnice.
2. Mengumpulkan data lapangan
Pada tahap ini dilakukan pengumpulan data-data yang dibutuhkan mengenai efisiensi kerja
Furnice di PT. Petrokimia, mengumpulkan data HHV, LHV, dan Jenis jenis batubara yang
digunakan di PT. Petrokimia
3. Perhitungan Slagging & Fouling dari pembakaran
Melakukan perhitungan slagging dan fouling berdasarkan perhitungan yang telah ada.
4. Validasi
Tahap validasi ini adalah mengetahui hasil efisiensi dari sebelum dilakukan pembersihan
slagging dan fouling dan sesudah dilakukan pembersihan.
5. Analisa perhitungan
Melakukan analisa perhitungan pembakaran, serta efisiensi dari furnice.
6. Menyusun laporan proses pengerjaan Tugas Akhir

XI. Jadwal Kegiatan
No.

KEGIATAN
1

1

2

3

4
5

Studi Literatur
- Furnace
- Batubara
- Proses Pembakaran
- Slagging & Fouling
- Efisiensi Furnace
Pengambilan data
- Data HHV
- LHV
- Jenis Batubara
Proses Pengolahan Data
- Pengumpulan data perhitungan pembentukan
slagging & fouling dari pembakaran
- Validasi data pembakaran.
Analisis Hasil Validasi
- Perhitungan kembali Efisiensi kerja pada Furnace
Penyusunan dan penulisan laporan

2

BULAN
3
4

5

XII.Daftar Pustaka
[1] D. Zhang, 2013, “Ash fouling, deposition and slagging in ultra-supercritical coal
power plants “ , University of Science and Technology Liaoning, China and The
University of Western Australia, Australia.
[2] Arafat A. Bhuiyan and Jamal Naser, 2014 “Modeling of slagging in industrial furnace:
a comprehensive review”, Faculty of Science, Engineering and Technology (FSET)
Swinburne University of Technology, VIC-3122, Australia.
[3] M.U. Degereji, D.B. Ingham, L. Ma⇑, M. Pourkashanian, A. Williams, 2010
“Prediction of ash slagging propensity in a pulverized coal combustion furnace”,
Centre for Computational Fluid Dynamics, School of Process, Environmental and
Materials Engineering, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, UK.
[4] Chengel, Yunus A., 1997, “ Introduction to thermodynamics and heat transfer “ ,
McGraw-Hill, New York.
[5] Spliethoff,H. “Characterization of Slagging and Fouling in Biomass Combustion
Bioslag”. Energy Technology TU Delft.
[6] Yuliani. HR, 2011. “Evaluasi Kinerja Furnace-3 PPT Migas Cepu“,Jurusan Teknik
Kimia, Politeknik Negeri Ujung Pandang

5. Menyusun l
6.