Analisa Efisiensi Ketel Uap Sebelum Dan Sesudah Menggunakan Ekonomiser Di PT. Multimas Nabati Asahan

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Ketel Uap
Menurut UNEP (2006), Ketel uap adalah bejana tertutup dimana panas
pembakaran dialihkan ke air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau
steam pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk mengalihkan panas ke
suatu proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk mengalihkan panas
ke suatu proses. Namun jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumenya
akan meningkat sekitar 1.600 kali dan menghasilkan tenaga yang menyerupai
bubuk mesiu yang mudah meledak, sehingga ketel uap merupakan peralatan yang
harus dikelola dan dijaga dengan sangat baik.
Sistem ketel uap terdiri dari: sistem air umpan, sistem steam dan sistem
bahan bakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk ketel uap secara otomatis
sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk keperluan
perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol produksi
steam dalam ketel uap. Steam dialihkan 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 ketel uap untuk dirubah menjadi steam disebut air umpan. Dua sumber air
umpan adalah:
1. Kondensat atau steam yang mengembun yang kembali ke proses.
2. Air make up (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar
ruang ketel uap ke plant proses.

2.2 Prinsip Kerja Ketel Uap
Ketel uap adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dialihkan ke
air sampai terbentuk air panas atau steam. Air panas atau steam pada tekanan
tertentu kemudian digunakan untuk mengalihkan panas ke suatu proses. Air

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

adalah media yang berguna dan mudah untuk mengalihkan panas ke suatu
proses.
Jika air dididihkan sampai menjadi steam, volumenya akan meningkat
sekitar 1.600 kali. Sistem ketel uap terdiri dari: sistem air umpan, sistem uap dan
sistem bahanbakar. Sistem air umpan menyediakan air untuk ketel uap secara
otomatis sesuai dengan kebutuhan steam. Berbagai valve disediakan untuk

keperluan perawatan dan perbaikan. Sistem steam mengumpulkan dan mengontrol
produksi steam dalam ketel uap. Steam dialirkan melalui sistem pemipaan ke
titik pengguna. Pada keseluruhan sistem, tekanan uap diatur menggunakan valve
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 ketel uap untuk diubah menjadi uap disebut air umpan. Dua sumber air umpan
adalah kondensat atau steam yang mengembun yang kembali dari proses dan make
uap water (air baku yang sudah diolah) yang harus diumpankan dari luar ruang
ketel uap dan plant proses. Untuk mendapatkan efisiensi ketel uap yang lebih tinggi
digunakan ekonomiser untuk memanaskan awal air umpan menggunakan limbah
panas pada gas buang. Bahan baku yang digunakan untuk membuat steam adalah
air bersih. Air yang telah diproses dialirkan menggunakan pompa ke deaerator
tank hingga pada level yang sudah ditentukan. Pemanasan dalam deaerator
adalah dengan menggunakan uap sisa yang berasal dari hasil pemutaran turbin.
Dalam hal ini terdapat beberapa tahap sirkulasi steam untuk pemanasan awal
deaerator.

2.3 Mekanisme Kerja Ketel Uap

Ketel uap adalah bejana tertutup dimana panas pembakaran dipindahkan
ke air sampai terbentuk uap. Uap pada tekanan tertentu kemudian digunakan untuk
mengalirkan

panas

ke

suatu

proses.

Air

adalah

media

yang berguna dan murah untuk mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air
dididihkan sampai menjadi steam, volumenya akan meningkat sekitar 1.600 kali.

Sistem ketel uap terdiri dari: sistem air umpan, sistem uap dan sistem bahan bakar.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Sistem air umpan menyediakan air untuk ketel uap secara otomatis sesuai
dengan kebutuhan steam. Berbagai valve disediakan untuk keperluan perawatan
dan mengumpulkan dan mengontrol produksi steam dalam ketel uap .

Gambar 2.1 Ketel Uap
Steam dialirkan melalui system pemipaan ke titik pengguna. Pada
keseluruhan sistem, tekanan uap diatur menggunakan valve dan dipantau dengan alat
pemantau tekanan. Sistem bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan
untuk menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang dibutuhkan.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan bakar tergantung pada jenis bahan
bakar yang digunakan pada sistem.
Air yang disuplai ke ketel uap untuk dirubah menjadi uap disebut air
umpan. Dua sumber air umpan adalah: kondensat atau steam yang mengembun yang

kembali dari proses dan make uap water (air baku yang sudah diolah) yang
harus diumpankan dari luar ruang ketel uap dan plant proses. Untuk mendapatkan
efisiensi ketel uap yang lebih tinggi, digunakan ekonomiser untuk memanaskan awal
air umpan menggunakan limbah panas pada gas buang. Bahan baku yang digunakan
untuk membuat steam adalah air bersih. Air yang telah diproses dialirkan
menggunakan pompa ke deaerator tank hingga pada level yang sudah
ditentukan. Pemanasan dalam deaerator adalah dengan menggunakan uap sisa
yang berasal dari hasil pemutaran turbin. Dalam hal ini terdapat beberapa tahap
sirkulasi steam untuk pemanasan awal deaerator.

2.4 Klasifikasi Ketel Uap
Berbagai bentuk ketel uap telah berkembang mengikuti kemajuan
teknologi dan evaluasi dari bentuk-bentuk ketel uap sebelumnya yang dipengaruhi
oleh gas buang ketel uap yang mempengaruhi lingkungan dan produk steam yang
dihasilkan. Berikut ini beberapa macam klasifikasi ketel uap:
2.4.1 Berdasarkan isi tube/pipa
a. Ketel uap pipa api atau pipa asap (fire tube boiler)
Pada ketel pipa api, nyala api dan gas panas yang dihasilkan melalui
dinding pipa dari gas panas ke air di sekeliling pipa tersebut. Contoh ketel uap
jenis pipa api adalah ketel vertikal sederhana, ketel cochran, ketel lanchasire, ketel

cornish, ketel scotch marine, ketel lokomotif, dan ketel velcon.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 2.2 Ketel Uap Pipa Api
Sumber: Buku Ajar Ketel Uap, Sumber Murni, 2012

Ketel uap pipa api biasanya digunakan untuk kapasitas steam yang relatif
kecil dan tekanan steam yang rendah atau sedang. Sebagai pedoman ketel pipa api
kompetitif untuk kecepatan steam 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18
kg/

. Ketel uap pipa api dapat menggunakan bahan bakar minyak, gas atau

bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis sebagian besar ketel
uap pipa api dikonstruksi sebagai “paket”. Ketel uap dirakit oleh pabrik untuk
semua bahan bakar.
b. Ketel uap pipa air (water tube boiler)
Pada ketel uap pipa air, air dimasukkan kedalam pipa

dimana pipa

dikelilingi oleh nyala api dan gas panas dari luar. Contoh ketel jenis ini: ketel
Babcock, ketel La-mont, ketel Benson, ketel Yarrow dan ketel Loeffler.
Adapun keuntungan pemakaian ketel uap pipa air ini adalah sebagai
berikut:
1.

Menghasilkan uap dengan tekanan lebih tinggi daripada ketel pipa api.

2.

Untuk daya yang sama, menenpati ruang/tempat yang lebih kecil daripada
ketel pipa api.

3.

Laju aliran uap lebih tinggi.

4.

Komponen komponen yang berbeda bisa diurai sehingga mudah untuk di
pindahkan.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

5.

Permukaan pemanasan lebih efektif karena gas panas mengalir keatas pada
arah tegak lurus.

6.

Pecah pada pipa air tidak meninbulkan kerusakan keseluruh ketel.

Kerugian- kerugian ketel pipa air adalah sebagai berikut:
1. Air umpan mensyaratkan menpunyai kemurnian tinggi untuk mencegah
endapan kerak didalam pipa.jika terbentuk kerak didalam pipa bisa
menimbulkan panas yang berlebihan dan pecah.
2. Ketel pipa air memerlukan perhatian yang lebih hati-hati bagi penguapanya

karena itu akan menimbulkan biaya operasi yang lebih tinggi.
3. Pembersihan pipa air tidak mudah dilakukan.

Gambar 2.3 Ketel uap Pipa Air
Sumber: Sumber Murni, Buku Ajar Ketel Uap
2.4.2 Berdasarkan pemakaiannya
a. Ketel uap stasioner (station boiler) atau ketel tetap
Merupakan ketel uap yang didudukkan di atas fondasi yang tetap seperti
ketel untuk pembangkit tenaga, untuk industri dan lain sebagainya.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

b. Ketel uap Pindah atau portable boiler
Merupakan ketel uap yang dipasang fondasi yang berpindah-pindah
(mobil) seperti ketel uap lokomotif, lokomobil, dan ketel panjang serta yang lain
sebagainya termasuk ketel kapal (marine boiler)
2.4.3 Berdasarkan letak poros tutup drum (sheel)
a. Ketel uap Tegak
Ketel uap tegak seperti tampak pada gambar 2.4.3 (vertical steam boiler).
adapun contoh ketel tegak adalah ketel uap cocharn, ketel uap clarkson, dan

lainnya.

Gambar 2.4 Ketel Uap Tegak
Sumber: Sumber Murni, Buku Ajar Ketel Uap 2012
b. Ketel Uap Mendatar (Horizontal steam boiler)
Adapun yang termasuk

jenis ketel uap ini adalah ketel uap cornish,

lancashire, tampak pada gambar 2.4.3.2, scotch dan lain lain.

Gambar 2.5 Ketel Uap Mendatar
Sumber: Sumber Murni, Buku Ajar Ketel Uap 2012

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2.4.4 Berdasarkan bentuk dan letak pipa
a.

Ketel uap dengan pipa lurus,bengkok,dan terlekak lekuk (straight, bent, and

sinous tubuler heating surface)

b.

Ketel uap dengan pipa miring datar dan miring tegak (horizontal, inclinedor
vertical turbuler heating surface)

2.4.5 Berdasarkan tekanan kerjanya
a. Ketel uap Peredaran Alami (natural sirculation steam boiler)
Merupakan ketel uap dengan peredaran air di dalam ketel uap terjadi
secara alami yaitu air yang ringan naik, sedangkan air yang berat turun sehingga
terjadi aliran konveksi alami. Umunya ketel uap bekerja secara aliran alami
seperti ketel uap lancashire, babcock, dan wilcox, dan lain-lain.

b.Ketel uap Peredaran Paksa
Merupakan ketel uap dengan aliran paksa, aliran paksa diperoleh dari
pompa sentrifugal yang digerakkan secara electric motor, misalnya sistem aliran
paksa pada ketel uap bertekanan tinggi misalnya La-mont boiler, Benson boiler,
Loeffer boiler, dan Velcan boiler.
2.4.6 Berdasarkan kapasitasnya
a. Tekanan kerja rendah:≤ 5 atm
b. Tekanan kerja sedang: >5-40 atm
c. Tekanan kerja tinggi :>40-80 atm
d. Tekanan kerja sangat tinggi :>80 atm
2.4.7 Berdasarkan pada sumber panasnya
a. Ketel uap dengan bahan bakar alami
b. Ketel uap dengan bahan bakar buatan
c. Ketel uap dengan dapur listrik
d. Ketel uap dengan energi nuklir
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kerja ketel uap adalah sebagai
berikut:
•

Faktor laju udara bersih yang disuplai melalui air heater.
Ketel uap harus dioperasikan dengan laju aliran udara lebih dari kebutuhan

teoritis yang dihitung berdasarkan analisa gas asap. Tetapi udara berlebih yang

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

terlalu banyak juga akan mengakibatkan terjadinya losses karena pengambilan
panas sendiri oleh udara berlebih untuk dibawa bersama gas buang, untuk itulah
dilakukan analisa gas asap untuk menentukan kebutuhan udara aktual.
•

Temperatur udara pembakaran juga merupakan faktor yang mempengaruhi

efisiensi ketel uap. Temperatur udara pembakaran dapat dinaikkan dengan
memanfaatkan temperatur gas buang (flue gas) yang tinggi dengan menggunakan
alat pemanas udara (air heater)
•

Fouling merupakan salah satu faktor utama yang mempengaruhi kerja

ketel uap. Fouling adalah terjadinya deposit atau kerak pada permukaan
perpindahan panas yang terjadi pada ketel uap sehingga efisiensi ketel uapnya
akan menurun dan temperatur gas buangnya akan semakin tinggi.
•

Faktor burner, fungsi dari burner ini adalah untuk mencampur bahan

bakar dan udara dengan proporsi yang sesuai untuk terjadinnya penyalaan api dan
untuk menjaga kondisi pembakaran yang terus menerus berlangsung baik. Burner
yang tidak diatur dengan baik akan mengakibatkan pencampuran bahan bakar
dengan udara tidak sesuai dan pada setiap laju pembebanan akan meningkatkan
kebutuhan udara berlebih dan memboroskan pemakaian bahan bakar sehingga
efisiensi ketel uap akan turun.
•

Blowdown juga berpengaruh terhadap efisiensi ketel uap. Endapan yang

terjadi di dinding tube pada sisi air dapat mengurangi efisiensi ketel uap dan
bahkan kerak dapat merusak tube karena over heating. Endapan-endapan tersebut
disebabkan oleh tingginya konsentrasi suspended solids dan dissolved solids, hal
ini juga dapat menyebabkan terbentuknya busa ata(foam) sehingga menyebabkan
carry over. Oleh karena itu konsentrasi solids harus tetap dijaga pada kondisi
tertentu. Proses blowdown adalah proses dimana air dibuang keluar dan segera
digantikan oleh air umpan ketel uap. Pada proses blowdown ini air yang
dikeluarkan dalam keadaan temperatur tinggi, maka hal ini merupakan
pembuangan panas yang mengakibatkan penurunan efisiensi.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2.5 Komponen –Komponen Ketel Uap
Komponen sistem ketel uap terdiri dari komponen utama dan komponen
bantu yang masing-masing memiliki fungsi untuk menyokong prinsip kerja ketel
uap.

Gambar 2.6 Bagian-bagian Ketel Uap
Sumber: http://air.eng.ui.ac.id
Komponen utama ketel uap terdiri dari:
a.

Pembakar
Pembakar (burner) adalah alat yang digunakan untuk mencampur bahan

bakar dan udara. Caranya adalah dengan menyemprotkannya ke dalam ruang
melalui mulut-mulut pembakar (brender), sedangkan udara dimasukkan melalui
sekeliling mulut pembakar tersebut. Ada beberapa macam sistem brender
tergantung pada sistem pengabutannya, yaitu sistem pengabut uap/udara dan
sistem pengabut tekan. Pada sistem pengabut uap/udara caranya adalah uap/udara
dipancarkan melalui mulut pembakar (brender) dan akibat dari pancaran ini
minyak akan terhisap.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 2.7 Burner
Sumber: http://air.eng.ui.ac.id
b.

Ruang bakar
Ruang bakar (furnace) adalah dapur 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 ruang
pembakaran yang menerima panas dari bahan bakar secara radiasi dan konveksi.
c.

Drum
Drum merupakan tempat menampung air dari ekonomiser sekaligus

sebagai pemisah uap dan air. Pada konstruksi sebuah ketel uap terdapat 2 buah
drum yakni drum uap dan drum lumpur. Drum uap berfungsi untuk menampung
uap hasil dari sirkulasi. Drum lumpur merupakan drum yang posisinya di bawah
drum uap dan berfungsi sebagai pengumpul air panas yang akan didistribusikan
ke dalam wall tube. Dalam drum ini terdapat pipa untuk pembuangan berkala.
d.

Pemanas lanjut
Pemanas lanjut (superheater) adalah peralatan yang berfungsi untuk

menaikkan temperatur uap jenuh sampai menjadi uap panas lanjut sesuai dengan
kebutuhan untuk menggerakkan turbin. Karena uap yang terbentuk dari
pemanasan di dalam pipa-pipa di ruang bakar berada dalam wujud jenuh atau
basah maka jika uap yang demikaan diekspansi ke turbin akan menimbulkan
penimbunan yang cepat.Superheater dibedakan atas dua jenis yaitu:
a)

Low Temperature superheater (LTS)
Uap jenuh dari steam drum dialirkan ke primary superheater atau low

temperature superheater. Uap yang keluar dari LTS kemudian dialirkan High
Temperature superheater untuk dipanaskan kembali menjadi uap panas lanjut.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Uap dari LTS juga digunakan untuk steam atomizing yang membantu proses
pembakaran agar bahan bakar dapat terbakar sempurna.
Besar energi panas yang diserap oleh Low temperature superheater (LTS)
untuk mengubah air menjadi uap dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini.
QLTS = Ws x Hout − Hin kj/jam ............................................................................ (1)
Dimana:
QLTS = Panas yang diserap oleh low temperature superheater (kj/jam)

b)

Ws

= kapasitas aliran uap (kg/jam)

Hout

= entalpi keluar LTS (kJ/kg)

Hin

= entalpi masuk LTS (KJ/kg)

High Temperature Superheater
Uap hasil pemanasan LTS selanjutnya mengalir ke High Temperature

Superheater (HTS) yang terletak pada bagian gas sangat panas. Sebagian HTS
terletak tepat diatas ruang bakar, oleh karena itu teransfer panas yang diperoleh
oleh HTS adalah secara radiasi dan konveksi. Kemudian uap panas yang diperoleh
dari HTS mengalir ke turbin.
Besar panas yang diperoleh oleh HTS untuk menghasilkan uap yang
dialirkan ke turbin dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Q HTS = Ws x H out − Hin kJ/jam ............................................................................ 2)
Dimana:

QHTS = Panas yang diserap oleh High temperature superheater (kJ/jam)
Ws

= kapasitas aliran uap( kJ/jam)

Hout

= entalpi keluar HTS (kJ/kg)

Hin

e.

= entalpi masuk HTS (Kg/kg)

Pemanas udara
Pemanas udara (air heater) adalah alat pemanas udara penghembus

bahan bakar. Flue gas yang masih memiliki panas yang tinggi dapat

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

digunakan untuk memanaskan udara pembakaran didalam air heater. Air
heater merupakan salah satu alat yang meningkatkan efisiensi ketel.
Karena memanfaatkan kalor yang terkandung pada gas buang hasil
pembakaran untuk memanaskan udara. Udara yang telah mengalami
proses pemanasan di air preheater selanjutnya dialirkan melewati air heater
untuk dipanaskan kembali. Proses transfer panas yang terjadi di air heater
adalah secara konveksi. Temperatur udara setelah dipanaskan di air heater
diharapkan 108℃ agar memudahkan proses pembakaran.
f.

Dust collector
Dust collector adalah alat pengumpul abu atau penangkap abu pada

sepanjang aliran gas pembakaran bahan bakar sampai kepada gas buang.
g.

Soot blower
Soot blower adalah alat yang berfungsi sebagai pembersih jelaga atau abu

yang menempel pada pipa-pipa.
Kompenen pendukung ketel uap terdiri dari:
a.

Tangki air umpan
Tangki air umpan memiliki fungsi sebagai tempat penampungan air

umpan yang telah diproses pada softener yang akan dikirim ke ketel uap untuk
diproses menjadi uap.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 2.8 Tangki Air Umpan
Sumber: PT. Multimas Nabati Asahan
b.

Pompa air umpan
Pompa air umpan (feed water pump) berfungsi untuk mengalirkan air

umpan dari tangki menuju ketel uap. Biasanya pompa yang digunakan pompa
jenis sentrifugal. Pompa air umpan ini terdapat dua tipe yakni pompa yang
digerakkan oleh turbin dan pompa yang digerakkan oleh motor.

Gambar 2.9 Pompa Air Umpan
Sumber: PT. Multimas Nabati Asahan

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

c.

Sea Water Desalination
Sea water desalination merupakan alat untuk memurnikan air, yaitu

memisahkan air dengan kadar garam yang dikandungnya agar diperoleh air dengan
kadar garam yang rendah (fresh water).

Gambar 2.10 Sea Water Desalination
Sumber: PT. Multimas Nabati Asahan

d.

Softener
Softener merupakan alat yang berfungsi untuk mengeliminasi unsur-

unsur Mg dan Ca yang terdapat pada air umpan. Unsur-unsur tersebut harus
diminimalkan untuk memperlambat pembentukan kerak (scale) pada pipa-pipa
evaporator yang akan meneruskan perpindahan panas. Prinsip kerjanya dengan
cara pertukaran ion.
e.

Deareator
Deareator mempunyai fungsi utama yaitu menghilangkan kandungan-

kandungan oksigen dan gas-gas lainnya yang masih terkandung di dalam air
pengisi ketel uap. Karena oksigen dapat menyebabkan terjadinya korosi pada
pipa-pipa dan dinding ketel uap. Cara kerja deareator yakni air disemprot dengan
menggunakan low pressure steam sehingga kandungan oksigen dan gas lain
hilang dan temperatur air meningkat.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 2.11 Deareator
Sumber: PT. Multimas Nabati Asahan
f.

Ekonomiser
Ekonomiser merupakan alat yang berfungsi sebagai pemanas air umpan

sebelum masuk ke drum ketel uap. Sisa panas gas hasil pembakaran yang akan
dibuang ke atmosfer melalui stack terlebih dahulu dilewatkan ke ekonomiser
sehingga mengurangi panas gas buang sisa pembakaran dan menaikkan
temperatur air umpan ketel uap.

Gambar 2.12 Ekonomiser
Sumber: PT. Multimas Nabati Asahan

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

g.

Force Draft Fan
Force draft fan merupakan alat bantu ketel uap yang berfungsi sebagai

penghembus udara. Force draft fan ini boleh dijalankan apabila induced draft fan
sudah dijalankan terlebih dahulu. Udara yang dihembuskan force draft fan
dilewatkan melalui air heater terlebih dahulu supaya mendapatkan udara
penghembus bersuhu tinggi.
h.

Induced Draft Fan
Induced draft fan merupakan alat bantu ketel uap yang berfungsi sebagai

penghisap gas asap sisa pembakaran bahan bakar yang keluar dari ketel uap.

2.6 Ekonomiser
Ekonomiser adalah alat pemindah panas berbentuk tubular yang digunakan
untuk memanaskan air umpan ketel uap sebelum masuk ke ketel uap. Istilah
ekonomiser diambil dari kegunaan alat tersebut, yaitu untuk menghemat (to
economize) penggunaan bahan bakar dengan mengambil panas (recovery) gas
buang sebelum dibuang ke atmosfir.

Gambar 2.13 Mekanisme Ekonomiser
Sumber: http://artikel-teknologi.com

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Konstruksi ekonomiser adalah berdasarkan tipenya, yaitu tipe ekonomiser
yang tidak menyatu dengan ketel uap, dan ada juga ekonomiser yang menyatu
dengan ketel uap. Perbedaan keduanya hanyalah pada peletakkan tempat pada
penyusunan komponen dalam suatu pabrik. Pada ekonomiser yang dihubungkan
langsung dengan ketel uap dan terpasang langsung saat dikeluarkan dari
pabrikannya. Dalam hal ini, spesifikasi alatnya bukan lah dari tipe ekonomiser
melainkan tipe dari ketel uap itu sendiri yaitu ketel uap recovery atau bisa juga
disebut ketel uap ekonomiser.
Kinerja ekonomiser ditentukan oleh fluida yang mempunyai koefisien
perpindahan panas yang rendah yaitu gas. Kecepatan perpindahan panas dapat
ditingkatkan dengan cara meningkatkan koefisien perpindahan panas total dengan
cara mengatur susunan tubing/properti fin dan meningkatkan luas kontak
perpindahan panas. Respon yang dihasilkan oleh ekonomiser adalah efektifitas
perpindahan panas dan biaya operasi. Efektifitas perpindahan panas adalah
besarnya energi yang dapat terambil dari total jumlah energi yang dapat diserap.
Semakin besar efisiensi perpindahan panas pada ekonomiser, semakin panas gas
sisa semakin banyak yang terambil. Semakin besar efektivitas perpindahan
panas yang terjadi, maka alat tersebut semakin efisien.

Gambar 2.14 Penampang Ekonomiser
Sumber: http://artikel-teknologi.com

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Ekonomiser adalah piranti yang digunakan untuk memanaskan air
umpan dengan memamfaatkan panas dari gas asap sebelum masuk
cerobong.

Ekonomiser

merupakan

salah

satu

peralatan

yang

meningkatkan efisiensi ketel uap karena memanfaatkan kalor yang
terkandung dalam flue gas sebelum terbuang ke atmosfer melalui stack.
Dengan kata lain dengan adanya ekonomiser maka ketel uap telah
menghemat konsumsi bahan bakar. Ekonomiser terdiri dari pipa–pipa air
yang ditempatkan pada lintasan gas asap sebelum meninggalkan ketel
uap. Transfer panas yang terjadi pada ekonomiser adalah secara konveksi.
Artinya flue gas memberikan panas pada pipa–pipa ekonomiser sehingga
temperatur air yang ada di dalam pipa– pipa naik dari 153℃ sampai
198℃. Pipa – pipa ekonomiser terbuat dari bahan baja yang sanggup
menahan panas dan tekanan tinggi. Pada pipa – pipa ekonomiser sering
sekali terjadi kerusakan. Beberapa penyebab kerusakan yang sering terjadi
pada pipa – pipa ekonomiser adalah acid attack, shortthermoverheat,
mechanical fatique, slagging, scalling.

Gambar 2.15 Ekonomiser
Sumber: www.energyefficiencyasia.org
Apabila temperatur flue gas melalui ekonomiser terlalu tinggi maka
dapat terjadi overheat pada pipa-pipa ekonomiser yang mengakibatkan
pipa ekonomiser pecah. Dan apabila temperatur flue gas melalui
ekonomiser

terlalu

rendah

maka

dapat

terjadi

slagging

yang

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

mengakibatkan pipa ekonomiser bocor akibat diferensial temperatur.
Kerusakan pipa ekonomiser pada bagian dalam pipa (sisi air) dapat
dihindarkan dengan jalan melunakkan air pengisi terlebih dahulu, dan
kerusakan pipa ekonomiser pada bagian luar pipa (sisi gas asap) diatasi
dengan mempertahankan temperatur flue gas di atas titik embun gas
sulfur dan melakukan soot blowing secara berkala.
Besar panas yang diserap oleh ekonomiser ini akan dapat dihitung dengan
persamaan berikut:
Qeco = Ws x Cp air Tout − Tin kJ/jam................................................................... (3)
Dimana :
Qeco = Panas yang diserap oleh ekonomiser (kJ/jam)
Ws

= Kapasitas aliran uap (kJ/jam)

Cpair = Panas jenis air (kJ/kg℃)
Tout
Tin

= Temperatur keluar ekonomiser ℃

= Temperatur masuk ekonomiser ℃

2.7 Bahan Bakar
Bahan bakar adalah suatu materi yang bisa diubah menjadi energi.
Biasanya bahan bakar mengandung energi panas yang dapat dilepaskan dan
dimanipulasi. Kebanyakan bahan bakar digunakan manusia melalui proses
pembakaran (reaksi redoks) dimana bahan bakar tersebut akan melepaskan panas
setelah direaksikan dengan oksigen di udara. Proses lain untuk melepaskan energi
dari bahan bakar adalah melalui reaksi eksotermal dan reaksi nuklir (seperti fisi
nuklir atau fusi nuklir). Hidrokarbon (termasuk di dalamnya bensin dan solar)
sejauh ini merupakan jenis bahan bakar yang paling sering digunakan manusia.
Bahan bakar lainnya yang bisa dipakai adalah logam radioaktif.
Sistem ketel uap terdiri dari sistem air umpan, sistem steam, dan sistem
bahan bakar. Pada bagian ini, yang akan dibahas lebih lanjut adalah sistem bahan
bakar. Bahan bakar (fuel) adalah segala bahan yang dapat dibakar (Ir. Syamsir A:
146). Bahan bakar dibakar untuk menghasilkan panas (kalor).

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Bahan bakar hanya dapat terbakar bila sudah cukup panas. Proses
pembakaran merupakan proses kimia antara bahan bakar, udara dan panas. Proses
pembakaran yang terjadi di dalam ruang bakar ketel (ketel uap) bertujuan untuk
merubah air menjadi uap.
Pengetahuan mengenai sifat bahan bakar membantu dalam memilih bahan
bakar yang benar untuk keperluan yang benar dan untuk penggunaan bahan bakar
yang efisien. Uji laboratorium biasanya digunakan untuk mengkaji sifat dan
kualitas bahan bakar. Jadi untuk melakukan pembakaran diperlukan tiga unsur,
yaitu :
a.

Bahan bakar

b.

Oksigen

c.

Suhu untuk memulai pembakaran
Berbagai jenis bahan bakar (seperti bahan bakar cair, padat, dan gas) yang

tersedia tergantung pada berbagai faktor seperti biaya, ketersediaan, penyimpanan,
handling, dan lain-lain.
➢ Bahan bakar padat
Bahan bakar padat merupakan bahan bakar berbentuk padat
dan kebanyakan menjadi sumber energi panas. Misalnya kayu dan batubara.
Energi panas yang dihasilkan bisa digunakan untuk memanaskan air menjadi uap
untuk menggerakkan peralatan dan menyediakan energi. Bahan bakar padat yang
terdapat di bumi kita ini berasal dari zat-zat organik. Bahan bakar padat
mengandung unsur-unsur antara lain: Zat arang atau Karbon (C), zat lemas atau
Nitrogen (N), Hidrogen (H), Belerang (S), zat asam atau Oksigen (O), Abu dan
Air yang kesemuanya itu terikat dalam satu persenyawaan kimia.
➢ Bahan bakar cair
Bahan bakar cair adalah bahan bakar yang strukturnya tidak rapat.
Jika dibandingkan dengan bahan bakar padat molekulnya dapat bergerak bebas.
Bensin/gasolin/premium, minyak solar, minyak tanah adalah contoh bahan bakar
cair. Bahan bakar cair yang biasa dipakai dalam industri, transportasi maupun
rumah tangga adalah fraksi minyak bumi. Minyak bumi adalah campuran
berbagai hidrokarbon yang termasuk dalam kelompok senyawa: parafin, naphtena,
olefin, dan aromatik. Kelompok senyawa ini berbeda dari yang lain dalam

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

kandungan hidrogennya. Minyak mentah, jika disuling akan menghasilkan
beberapa macam fraksi, seperti: bensin atau premium, kerosen atau minyak tanah,
minyak solar, minyak bakar, dan lain-lain. Setiap minyak petroleum mentah
mengandung keempat kelompok senyawa tersebut, tetapi perbandingannya
berbeda.
Bahan bakar cair berasal dari minyak bumi. Minyak bumi didapat dari
dalam tanah dengan jalan mengebornya pada ladang-ladang minyak, dan
memompanya sampai ke atas permukaan bumi, untuk selanjutnya diolah lebih
lanjut menjadi berbagai jenis minyak bakar.
➢ Bahan bakar gas
Bahan bakar gas ada dua jenis, yakni Compressed
Natural Gas (CNG) dan Liquid Petroleum Gas (LPG). CNG pada dasarnya terdiri
dari metana sedangkan LPG adalah campuran dari propana, butana dan bahan
kimia lainnya. LPG yang digunakan untuk kompor rumah tangga sama bahannya
dengan bahan bakar gas yang biasa digunakan untuk sebagian kendaraan bermotor
Di dalam tanah banyak terkandung gas bumi (Petrol Gas) atau sering
disebut pula dengan gas alam, yang timbul pada saat proses pembentukan minyak
bumi, gas tambang, dan gas rawa CH4 (Methane). Seperti halnya dengan minyak
bumi, gas alam tersebut diperoleh dengan jalan pengeboran dari dalam tanah, baik
di daratan maupun pada lepas pantai terhadap lokasi-lokasi yang diduga terdapat
kandungan gas alam.
Jumlah bahan bakar yang dibutuhkan untuk menghasilkan uap dapat dicari
dengan persamaan sebagai berikut:

w=

HSa −Ha
...................................................................................................... (4)
LH
ƞK

Dimana
Wf

= Banyaknya bahan bakar yang dibutuhkan (kg bahan
bakar/jam)

Ws = Kapasitas uap sebesar (kg/jam)
Hsat = Entalpi uap keluar superheater (Mpa)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2.8 Siklus Rankine
Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas
menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup yang biasanya
menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari
seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk
mengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.
Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum
ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine
adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.
Siklus Rankine kadang-kadang diaplikasikan sebagai siklus Carnot,
terutama dalam menghitung efisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus ini
menggunakan fluida yang bertekanan, bukan gas. Efisiensi siklus Rankine
biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan
super kritis, range temperatur akan cukup kecil. Uap memasuki turbin pada
temperatur 480℃ (batas ketahanan stainless steel) dan kondenser bertemperatur
sekitar 30℃.
Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara
konstan. Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun air dipilih
karena berbagai karakteristik fisika dan kimia, seperti tidak beracun, terdapat
dalam jumlah besar, dan murah.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 2.16 Bagan Sederhana Siklus Rankine

Gambar 2.17 Diagram T-S Siklus Rankine

Siklus Rankine ideal tidak melibatkan irreversibel internal dan terdiri dari
4 tahapan proses :
1 – 2 Proses kompresi isentropik dengan pompa
2 – 3 Penambahan panas dalam ketel uap pada P = konstan
3 – 4 Ekspansi isentropik ke dalam turbin
4 – 1 Pelepasan panas di dalam kondensor pada P = konstan
Air masuk pompa pada kondisi 1 sebagai cairan jenuh dan
dikompresi sampai tekanan operasi ketel uap. Temperatur air akan
meningkat selama kompresi isentropik ini melalui sedikit pengurangan
dari volume spesifik air. Jarak vertikal antara 1–2 pada T–s diagram ini
biasanya dilebihkan untuk lebih amannya proses.
Air memasuki ketel uap sebagai cairan terkompresi pada kondisi 2
dan akan menjadi uap superheated pada kondisi 3, dimana panas diberikan
oleh ketel uap ke air pada T tetap. Ketel uap dan seluruh bagian yang
menghasilkan steam ini disebut sebagai steam generator.
Uap superheated pada kondisi 3 kemudian akan memasuki turbin
untuk diekspansi secara isentropik dan akan menghasilkan kerja untuk

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

memutar shaft yang terhubung dengan generator listrik sehingga
dihasilkanlah listrik. P dan T dari steam akan turun selama proses ini
menuju keadaan 4 dimana steam akan masuk kondenser dan biasanya
sudah berupa uap jenuh. Steam ini akan dicairkan pada P konstan di
dalam kondenser dan akan meninggalkan kondenser sebagai cairan jenuh
yang akan masuk pompa untuk melengkapi siklus ini.
Area dibawah kurva proses 2–3 menunjukkan panas yang ditransfer ke
ketel uap, dan area dibawah kurva proses 4–1 menunjukkan panas yang
dilepaskan di kondenser. Perbedaan dari kedua aliran ini adalah kerja netto yang
dihasilkan selama siklus.
Penyimpangan Siklus Rankine
Penyimpangan dalam siklus Rankine yang terjadi karena:
1. Adanya friksi fluida yang menyebabkan turunnya tekanan di
ketel uap dan kondensor sehingga tekanan steam saat keluar ketel uap
sangat rendah sehingga kerja yang dihasilkan turbin (Wout) menurun dan
efisiensinya menurun. Hal ini dapat diatasi dengan meningkatkan
tekanan fluida yang masuk.
2. Adanya kalor yang hilang ke lingkungan sehingga kalor yang
diperlukan (Qin) dalam proses bertambah sehingga efisiensi termalnya
berkurang.
Penyimpangan ini terjadi karena adanya irreversibilitas yang terjadi pada
pompa dan turbin sehingga pompa membutuhkan kerja (Win) yang lebih besar dan
turbin menghasilkan kerja.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 2.18 Penyimpangan Siklus Rankine
Sumber: www.academia.edu

2.9 Jenis-jenis Perpindahan Panas
1. Konduksi
Sebuah batang silinder dengan material tertentu diisolasi pada sisi
terluarnya dan pada kedua ujung permukaannya memiliki suhu yang
berbeda yakni T1>T2. Perbedaan temperatur tersebut menyebabkan
perpindahan panas secara konduksi pada arah x positif. Dapat diukur laju
perpindahan panas qx, dan kita dapat menentukan qx bergantung pada
variabel-variabel berikut: ΔT, yakni perbedaan temperatur; Δx, yakni
panjang batang; dan A, yakni luas penampang tegak lurus bidang.
Jika ΔT dan Δx adalah konstan dan hanya memvariasikan A, maka kita
dapat melihat bahwa qx berbanding lurus dengan A. Dengan cara yang sama, jika
ΔT dan A adalah konstan, kita dapat melihat bahwa qx berbanding terbalik dengan
Δx. Apabila A dan Δx konstan, maka kita dapat melihat bahwa qx berbanding
lurus dengan ΔT. Sehingga kita dapat menyimpulkan bahwa
∞�

∆

∆�

.................................................................................................. (5)

Berikut ini adalah gambar perpindahan panas secara konduksi melalui
sebuah percobaan

Gambar 2.19 Perpindahan Panas Secara Konveksi
Sumber: Incropera.
Dengan memperhatikan material batang, sebagai contoh plastik,
kita akan menemukan bahwa kesebandingan diatas adalah valid. Namun,
kita juga menemukan bahwa untuk nilai A, Δx, dan ΔT yang sama akan
menghasilkan nilai qx yang lebih kecil untuk plastik daripada material

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

logam. Sehingga kesebandingan di atas dapat ditulis dalam bentuk
persamaan dengan memasukkan koefisien yang dipengaruhi oleh
material. Sehingga diperoleh,

�

= �

∆

∆�

........................................................................................................ (6)

k, adalah konduktivitas termal (W/m.K), yang adalah merupakan
sifat material yang penting. Dengan menggunakan limit Δx 0 kita
mendapatkan persamaan untuk laju perpindahan panas,
�

= �

∆

∆�

...........................................................................................

(7)

Atau persamaan fluks panas menjadi
"

�

=

�

�

=−

�

��

................................................................................

(8)

2.10 Konveksi
Mekanisme perpindahan panas dapat berupa konduksi, konveksi,
dan radiasi. Konduksi dan konveksi membutuhkan media perantara
dalam proses perpindahan panasnya. Berbeda dengan konduksi, pada
konveksi membutuhkan gerakan fluida untuk dapat memindahkan panas.
Penelitian menunjukkan bahwa perpindahan panas konveksi sangat
bergantung pada sifat-sifat fluida seperti viskositas dinamis μ, konduktivitas
termal k, massa jenis ρ, dan spesifik panas Cp, dan dipengaruhi oleh kecepatan
fluida Ѵ. Konveksi juga bergantung pada bentuk dan kekasaran permukaan, dan
bahkan juga dipengaruhi oleh tipe aliran seperti laminar atau turbulen. Sehingga
kita dapat menyimpulkan bahwa perpindahan panas secara konveksi adalah
kompleks karena bergantung pada banyak variabel. Oleh karena itu, konveksi
adalah mekanisme perpindahan panas yang paling kompleks.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 2.20 Pendinginan Sebuah Balok Yang Panas Dengan Konveksi
Meskipun konveksi adalah kompleks, setelah diamati bahwa laju
perpindahan panas secara konveksi berbanding lururs dengan perbedaan
temperatur dan dapat ditulis dengan Hukum Newton tentang pendinginan
�

���� = ℎ�

� − ∞ ................................................................. (9)

h merupakan koefisien perpindahan panas konduksi, As merupakan area

permukaan perpindahan panas, Ts merupakan temperatur permukaan benda, T∞
merupakan temperatur lingkungan sekitar benda.

2.11 Radiasi
Radiasi berbeda dengan mekanisme perpindahan panas secara konduksi
dan secara konveksi. Perpindahan panas secara radiasi tidak membutuhkan
kehadiran suatu material sebagai media perpindahan panas. Faktanya, energi yang
ditransfer dengan radiasi adalah yang tercepat (secepat kecepatan cahaya) dan
dapat terjadi pada ruangan vakum. Perpindahan panas secara konduksi dan
konveksi terjadi dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang lebih rendah.
Pada radiasi, perpindahan panas dapat terjadi pada 2 benda yang memiliki
temperatur yang tinggi dan dipisahkan oleh benda yang memiliki temperatur yang
lebih rendah.
Dengan menganggap permukaan benda yang kecil As, emisifitas ε, dan
kemampuan untuk menyerap α pada temperatur T yang terdiri dari keisotermalan
yang besar dalam bentuk yang tertutup pada benda blackbody. Blackbody dapat
didefenisikan sebagai pemancar dan penyerap radiasi yang sempurna. Pada
temperatur dan panjang gelombang tertentu, tidak ada permukaan yang dapat
memancarkan energi yang lebih banyak daripada blackbody. Blackbody menyerap
semua radiasi tanpa memperhatikan panjang gelombang dan arahnya. Blackbody

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

juga memancarkan energi radiasi yang merata dalam segala arah dalam setiap unit
area searah dengan arah emisi, yang disebut sebagai pemancar diffuse. Diffuse
dapat diartikan sebagai arah yang bebas untuk berdiri sendiri. Hal ini dapat kita
lihat pada gambar berikut

Gambar 2.21 Blackbody disebut sebagai Pemancar Dengan Arah yang Bebas
Energi radisi yang dipancarkan oleh sebuah blackbody tiap satuan waktu
dan tiap satuan luasan area ditetapkan secara eksperimental oleh Joseph Stefan
pada tahun 1879 dan dapat dituliskan
=�

σ = 5,67 x

......................................................................................... (10)
−

W/

.� adalah konstanta Stefan-Boltzmann dan T adalah

temperatur absolut dari suatu permukaan (K). Persamaan ini diverifikasi secara
teori pada tahun 1884 oleh Ludwig Boltzman. Eb merupakan kekuatan emisifitas
blackbody.

2.12 Log Mean Temperature Differance (LMTD)
Nilai LMTD (Logarithmic Mean Temperature Difference) adalah nilai
yang berkaitan dengan perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin
penukar panas.Dengan asumsi bahwa aliran pendingin mengalir dalam kondisi
tunak (steady state), tidak ada kehilangan panas secara keseluruhan, tidak ada
perubahan fase pendingin. Gambar 2.22 menggambarkan perubahan suhu yang
dapat terjadi pada salah satu atau kedua fluida dalam penukar panas pada aliran
counterflow.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 2.22 Distribusi Suhu Dalam Air Heater Untuk Jenis Aliran Counterflow
Sumber: Incropera,F.P. and D.P. Dewitt,1981
Keterangan:
Th,i = Temperatur inlet pada sisi panas, k
Th,o= Temperatur outlet pada sisi panas, k
Tc,i = Temperatur inlet pada sisi dingin, k
Tc,o= Temperature outlet pada sisi dingin, k
Maka nilai LMTD dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
=

Dimana

∆

−∆

=

∆�
∆�

∆

−∆
∆�
∆�

........................................ (11)

∆T1=Th,i-Tc,o
∆T2=Th,o-Tc,i

Untuk mencari perpindahan panas pada air heater ini dapat menggunakan
persamaan sebagai berikut :
Q = U A LMTD JOULE ........................................................................ (12)
Dimana:

A = Luas perpindahan panas (

)

U = Koefisien perpindahan panas menyeluruh
=

ℎ�� �

+

J/

K

ℎ�. � ��

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2.13 Proses Pembentukan Uap
Sebagai fliuda kerja di ketel uap, umumnya digunakan air (H₂O)
karena bersifat ekonomis, mudah di peroleh, tersedia dalam jumlah yang
banyak, serta mempuyai kandungan entalpi yang cukup tinggi bila
dibandingkan dengan fluida kerja yang lain.
Penguapan adalah proses terjadinya perubahan fasa dari cairan
menjadi uap. Apabila panas diberikan pada air, maka suhu air akan naik.
Naiknya suhu air akan meningkatkan kecepatan gerak molekul air. Jika
panas terus bertambah secara perlahan-lahan, maka kecepatan gerak air
akan semakin meningkat pula, hingga sampai pada suatu titik dimana
molekul-molekul air akan mampu melepaskan diri dari lingkungannya
(100°C) pada tekanan 1 [kg/cm²], maka air secara berangsur-angsur akan
berubah fasa menjadi uap dan hal inilah yang disebut sebagai penguapan.
Proses perubahan fasa air menjadi uap dapat digambarkan pada diagram
T-S seperti gambar dibawah:

Gambar 2.23 Diagram T-S
Keterangan:
1-2 : Pipa-pipa evaporator pipa penguap
2-3 : Pipa-pipa superheater
1-3 : Proses pemanasan air dan uap pada ketel uap
Energi yang diperlukan untuk pembentuka uap saturasi pada ketel dapat
dicari dengan rumus :
QSat = Ws x H sat − Ha

�

Jam

........................................................................ ... (13)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Dimana:
Qsat = Energi panas yang diperlukan untuk mengubah air
menjadi uap(kJ/jam)
Ws = Kapasitas aliran uap (kg/jam)
Hsat = Entalpi uap saturasi

2.14 Nilai Kalor (Heating Value)
Nilai kalor merupakan energi kalor yang dilepaskan bahan bakar pada
waktu terjadinya oksidasi unsur-unsur kimia yang ada pada bahan bakar tersebut.
Bahan bakar adalah zat kimia yang apabila direaksikan dengan oksigen (O₂) akan
menghasilkan sejumlah kalor. Bahan bakar dapat berwujud gas, cair, maupun
padat. Selain itu, bahan bakar merupakan suatu senyawa yang tersusun atas
beberapa unsur seperti karbon (C), hidrogen (H), belerang (S), dan nitrogen (N).
Kualitas bahan bakar ditentukan oleh kemampuan bahan bakar untuk
menghasilkan energi. Kemampuan bahan bakar untuk menghasilkan energi ini
sangat ditentukan oleh nilai bahan bakar yang didefinisikan sebagai jumlah energi
yang dihasilkan pada proses pembakaran per satuan massa atau per satuan volume
bahan bakar. Nilai pembakaran ditentukan oleh komposisi kandungan unsur di
dalam bahan bakar.
Dikenal dua jenis pembakaran, yaitu:
1.

Nilai Kalor Pembakaran Tinggi
Nilai kalor pembakaran tinggi atau juga dikenal dengan istilah High

Heating Value (HHV) adalah nilai pembakaran dimana panas pengembunan air
dari proses pembakaran ikut diperhitungkan sebagai panas dari proses pembakaran.
Dirumuskan dengan:
HHV = 33950C + 144200 (H2 - O2/8) + 9400S kJ/kg ...............................
...........................................................................................................................(14)
2.

Nilai Kalor Pembakaran Rendah
Nilai kalor pembakaran rendah atau juga dikenal dengan istilah Low

Heating Value (LHV) adalah nilai pembakaran dimana panas pengembunan uap air
dari hasil pembakaran tidak ikut dihitung sebagai panas dari proses pembakaran.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Dirumuskan dengan:
LHV = HHV - 2400 (M + 9H2) kJ/kg ........................................................ (15)

2.15 Kebutuhan Udara Pembakaran
Kebutuhan udara pembakaran didefinisikan sebagai kebutuhan
oksigen yang diperlukan untuk pembakaran 1 kg bahan bakar secara
sempurna yang meliputi :
a.

Kebutuhan udara teoritis (Ut):
Ut = 11,5 C + 34,5 (H-O/8) + 4,32 S

kg/kgBB.........
b.

........................ (16)

Kebutuhan udara pembakaran sebenarnya/aktual (Us):
Us = Ut (1+α) kg/kgBB........................................ (17)

2.16 Gas Asap
Reaksi pembakaran akan menghasilkan gas baru, udara lebih dari
sejumlah energi. Senyawa-senyawa yang merupakan hasil dari reaksi
pembakaran disebut gas asap.
a.

Berat gas asap teoritis (Gt)
Gt

=

Ut

+

(1-A)

kg/kgBB..........................................................................(18)
Dimana A = kandungan abu dalam bahan bakar (ash)
Gas asap yang terjadi terdiri dari:
➢ Hasil reaksi atas pembakaran unsur-unsur bahan bakar dengan O2 dari
udara seperti CO2, H2O, SO2
➢ Unsur N2 dari udara yang tidak ikut bereaksi
➢ Sisa kelebihan udara
Dari reaksi pembakaran sebelumnya diketahui:
1 kg C menghasilkan 3,66 kg CO2
1 kg S menghasilkan 1,996 kg SO2
1 kg H menghasilkan 8,9836 kg H2O

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Maka untuk menghitung berat gas asap pembakaran perlu
dihitung dulu masing-masing komponen gas asap tersebut (Ir. Syamsir A.
Muin, Pesawat pesawat konversi 1 (Ketel Uap) 1988:196) yaitu:
Berat CO2 = 3,66 C kg/kg
Berat SO2 = 2 S kg/kg
Berat H2O = 9 H2 kg/kg
Berat N2 = 77% Us kg/kg
Berat O2 = 23% 20% Ut
Dari perhitungan di atas maka akan didapatkan jumlah gas asap:
(Gs) = W CO2 + W SO2 + W H2O + W N2 + W O2.............................................(19)
b.

Berat gas asap sebenarnya (Gs)
Gs

=

Us

+

(1-A)

kg/kgBB.........................................................................(20)
Untuk menetukan komposisi dari gas asap didapatkan:
Kadar gas = (W gas tersebut / W total gas) x 100%

2.17 Volume Gas Asap
Jumlah oksigen adalah 21% jumlah udara pembakaran. Maka:
V(o2) = 21% (Va)act
Pada persamaan tersebut belum termasuk oksigen yang dikandung
dalam bahan bakar. Oksigen yang terdapat dalam bahan bakar tergantung
persentasenya. Dengan demikian maka volume gas asap basah adalah :

..................................................(21)
Dimana :
Vg

= Volume gas asap (m3/kgBB)

C

= Nilai Carbon bahan bakar

S

= Nilai Sulfur bahan bakar

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

H2

= Nilai Hidrogen bahan bakar

2.18 Perhitungan Efisiensi Ketel Uap
Daya guna (efisiensi) ketel uap adalah perbandingan antara konsumsi
panas dengan suplai panas (Ir. Syamsir A. Muin, Pesawat-pesawat konversi 1
(Ketel Uap) 1988:223).
Efisiensi ketel uap =
Efisiensi ketel uap n =

Panas Pembentukan uap
panas masuk
−

LH

............................................................. (22)

Keterangan:
w

= Kapasitas produksi uap ( kg uap/jam )

h

= Entalpi uap ( kJ/kg )

w

h

= Konsumsi bahan bakar ( kg/jam )

= Entalpi air umpan/pengisi ketel ( kJ/kg )

LHV= Nilai kalor pembakaran rendah (kJ/kg)

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA