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

ANALISA EFISIENSI KETEL UAP SEBELUM DAN
SESUDAH MENGGUNAKAN EKONOMISER DI
PT. MULTIMAS NABATI ASAHAN
SKRIPSI

OLEH:
FRENGKY PANGARIBUAN
NIM 100401045

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

ANALISA EFISIENSI KETEL UAP SEBELUM DAN
SESUDAH MENGGUNAKAN EKONOMISER DI
PT. MULTIMAS NABATI ASAHAN

FRENGKY PANGARIBUAN
NIM 100401045

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar tugas skripsi periode ke -896
Tanggal 29 Maret 2017

Disetujui oleh :
Dosem Pembimbing

Ir. Tekad Sitepu, MT
NIP. 195212221978031002

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

ANALISA EFISIENSI KETEL UAP SEBELUM DAN
SESUDAH MENGGUNAKAN EKONOMISER DI
PT. MULTIMAS NABATI ASAHAN

FRENGKY PANGARIBUAN
NIM 100401045

Telah diperiksa dan disetujui dari hasil seminar tugas skripsi periode ke -896
Tanggal 29 Maret 2017

Disetujui oleh :
Dosen Pembanding I

Dosen Pembanding II

Dr. Eng. Taufiq Bin Nur, S.T., M.EngSC

Ir. A. Halim Nasution, M.Sc

NIP 197507182008121001

NIP. 195403201981022001

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PENGESAHAN SKRIPSI

ANALISA EFISIENSI KETEL UAP SEBELUM DAN
SESUDAH MENGGUNAKAN EKONOMISER DI
PT. MULTIMAS NABATI ASAHAN

OLEH:
FRENGKY PANGARIBUAN
NIM 100401045

Diketahui/ Disahkan :
Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik USU
Ketua,

Disetujui oleh :
Dosen Pembimbing,

Dr. Ir. M. Sabri, MT
NIP. 196306231989021001

Ir. Tekad Sitepu, MT
NIP. 195212221978031002

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN

AGENDA
: 2289 /TS/2017
DITERIMA TGL: 27/ 02 /2017
PARAF
:

TUGAS SARJANA

NAMA
NIM
MATA KULIAH

SPESIFIKASI

:
:
:
:

DIBERIKAN TANGGAL
SELESAI TANGGAL

:
:

FRENGKY PANGARIBUAN
100401045
SISTEM PEMBANGKIT TENAGA UAP
Lakukan Analisa Pemakaian Ketel Uap
Sebelum
dan
Sesudah

Menggunakan
Ekonomiser
dan
Pengaruhnya
terhadap
Peningkatan Efisiensi Ketel Uap Multifuel di
PT. Multimas Nabati Asahan
27-11-2015
27-02-2017

KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN,

Dr. Ir. M. Sabri, MT
NIP. 196306231989021001

MEDAN, APRIL 2017
DOSEN PEMBIMBING,

Ir. Tekad Sitepu, MT
NIP. 195212221978031002

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

KARTU BIMBINGAN

TUGAS SARJANA MAHASISWA
NO : 2386/TS/2016
Sub. Program studi
Bidang Tugas
Judul tugas

Diberikan tanggal
Dosen Pembimbing

: Konversi Energi
: Sistem Pembangkit Tenaga Uap
: Analisa Efisiensi Ketel Uap Sebelum dan Sesudah
Menggunakan Ekonomiser di PT. Multimas Nabati
Asahan
: 27-11-2015 Selesai : 27-02-2017

: Ir. Tekad Sitepu, M.T. Nama Mhs : FrengkyPangaribuan
NIM
: 100401045

No

Tanggal

1

7 Juni 2016

2

14 Juli 2016

3

20 Juli 2016

4

28 Juli 2016

5

2 Agustus 2016

6

12 Agustus 2016

7

25 Agustus 2016

8

1 Desember 2016

9

8 Februari 2017

10

20 Februari 2017

Kegiatan Asistensi Bimbingan

Tanda Tangan
Dosen
Pembimbing

Melengkapi Bab I yakni latar
belakang penelitian dan tujuan
penelitian.
Memperbaiki diagram T-S pada
Bab II dan melengkapi sumber
gambar .

Menambahkan rumus
penyerapan kalor pada
komponen-komponen ketel uap
Menambahkan skema
perpindahan panas pada ketel
uap
Menambahkan perhitungan
bahan bakar
Menambahkan fungsi alat pada
peralatan yang digunakan
Menambahkan set up alat
ekonomiser
Melengkapi setiap perhitungan
dengan satuannya
Memperbaiki rumus pada
pemakaian rumus ekonomiser
Disetujui untuk diseminarkan

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Diketahui,
Ketua Departemen
Teknk Mesin FT USU

Dr. Ir. M. Sabri, MT
NIP. 196306231989021001
Catatan :
1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen
Pembimbing setiap asistensi.
2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi
3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen,
bila kegiatan asistensi telah selesai

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

ANALISA EFISIENSI KETEL UAP SEBELUM DAN SESUDAH
MENGGUNAKAN EKONOMISER DI PT. MULTIMAS NABATI
ASAHAN
Abstrak
Kebutuhan akan energi listrik yang besar dalam menjalankan suatu pabrik kelapa
sawit membuat pabrik harus memproduksi listriknya sendiri. Untuk memenuhi
kebutuhan listrik ini PT. Multimas Nabati Asahan menggunakan sistem
pembangkit tenaga uap dengan dua ketel uap. Peningkatkan efisiensi ketel uap
dilakukan dengan memanfaatkan panas dalam bahan bakar gas sebelum dibuang
ke udara lingkungan. Salah satu cara yang dapat dilakukan dalam peningkatan
efisiensi ketel uap ini adalah dengan menambahkan suatu alat ekonomiser pada
ketel uap. Ekonomiser ini merupakan alat yang memanaskan gas buang sisa
pembakaran. Air pada ketel temperaturnya adalah temperatur lingkungan. Dengan
melewatkan gas sisa buang melalui pipa ekonomiser akan meningkatkan
temperatur air. Adanya ekonomiser ini membantu kerja ketel uap dalam
memanaskan air untuk menghasilkan uap untuk mencapai proses pembakaran
yang sempurna di ruang bakar. Dari hasil analisa yang diperoleh dengan
menggunakan ekonomiser diperoleh kenaikan efisiensi ketel uap sebesar 0,5%
(efisiensi awal 68,84% dan efisiensi setelah menggunakan ekonomiser menjadi
69,34 %).
Kata kunci : ekonomiser, efisiensi, gas, ketel uap, panas

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

ANALYIS OF BOILER EFFICIENCY BEFORE AND AFTER USING
ECONOMIZER IN PT. MULTIMAS NABATI ASAHAN

Abstract
The need for electrical energy in running a palm oil factory demands
factory must produce its own electricity. To fill the need of the electricity,
PT. Multimas Nabati Asahan uses steam power system with two boilers.
Boiler efficiency is enhanced by utilizing the heat of gas fuel before it is
discharged to the environmental air. One of the ways to enhance the boiler
efficiency is by adding an economizer to the boiler. This economizer is a
tool to heat exhaust gases from the combustion . The water temperature in
boiler was the environmental temperature. The presence of the
economizer help the boiler in heating the water to produce steam to reach
the complete combustion process in combustion chamber. The analysis
result showed the use of air heater enhanced the boiler efficiency by 0.5%
(initial efficiency was 68.84% and final efficiency was 69.34%).

Key words: economizer, efficiency, gas, boiler, heat

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada TuhanYang Maha Kuasa atas berkat,
kasih, kekuatan dan kesehatan yang diberikan selama pengerjaan skripsi ini
sehingga skripsi ini dapat saya selesaikan.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan
untuk mencapai gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Adapun yang menjadi judul skripsi ini yaitu:
“ANALISA EFISIENSI KETEL UAP SEBELUM DAN SESUDAH
MENGGUNAKAN

EKONOMISER

DI

PT.

MULTIMAS

NABATI

ASAHAN”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis secara khusus menyampaikan terima
kasih kepada dosen pembimbing Bapak Ir.Tekad Sitepu, M.T.yang telah bersedia
meluangkan waktunya untuk memberikan saran dan membimbing serta
sumbangan pikiran bagi penulisan skripsi ini.
Selama penulisan skripsi ini, penulis juga mendapat banyak bantuan dari
berbagai pihak. Oleh karena itu penulis juga mengucapkan terima kasih kepada:
1.

Orang Tua saya A. Pangaribuan dan A. Hutahaean yang selalu memberi
semangat,motivasi,dan

materi

dalam

hidup

saya

hingga

penulis

mampumenyelesaikan skripsi ini dengan baik .
2.

Bapak Ir. Tekad Sitepu, M.T.selaku Dosen Pembimbing.

3.

Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik USU.

4.

Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin USU,
yang telah banyak membantu penulis dan memberikan bimbingan selama
perkuliahan.

5.

Seluruh teman, baik teman satu angkatan 2010 juga teman- teman yang
tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu yang telah menemani dan
memberikan masukan serta semangat kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna,oleh karena

itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi
penyempurnaan dimasa mendatang.

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Akhirnya penulis berharap skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.
Terima kasih.

Medan,

April 2017

FRENGKY PANGARIBUAN
NIM 100401049

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DAFTAR ISI

JUDUL ..................................................................................................................... i
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi
ABSTRAK ........................................................................................................... viii
ABSTRACT ........................................................................................................... ix
DAFTAR ISI ........................................................................................................... x
DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv
DAFTAR NOTASI .............................................................................................. xvi
DAFTAR LAMPIRAN ...................................................................................... xviii
BAB I ...................................................................................................................... 1
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1
1.2 Tujuan Penelitian ........................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah ............................................................................................ 2
1.4 Manfaat Penelitian ......................................................................................... 2
1.5 Metodologi Penulisan .................................................................................... 3
1.6.Sistematika Penulisan .................................................................................... 3
BAB II ..................................................................................................................... 5
TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................................... 5
2.1 Pengertian Ketel Uap..................................................................................... 5
2.2 Prinsip Kerja Ketel Uap................................................................................. 5
2.3 Mekanisme Kerja Ketel Uap ......................................................................... 6
2.4 Klasifikasi Ketel Uap .................................................................................... 8
2.4.1 Berdasarkan isi tube/pipa ........................................................................ 8
2.4.2 Berdasarkan pemakaiannya .................................................................. 10
2.4.3 Berdasarkan letak poros tutup drum (sheel) ......................................... 11
2.4.4 Berdasarkan bentuk dan letak pipa ....................................................... 12
...........................................................................................................................

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2.4.5 Berdasarkan tekanan kerjanya .............................................................. 12
2.4.6 Berdasarkan kapasitasnya ..................................................................... 12
2.4.7 Berdasarkan pada sumber panasnya .................................................... 12
2.5 Komponen –Komponen Ketel Uap ............................................................. 14
2.6 Ekonomiser .................................................................................................. 20
2.7 Bahan Bakar ................................................................................................ 24
2.8 Siklus Rankine ............................................................................................. 26
2.9 Jenis –Jenis Perpindahan Panas ................................................................... 29
2.10 Konveksi .................................................................................................... 30
2.11 Radiasi ....................................................................................................... 31
2.12 Log Mean Temperature Differance (LMTD) ............................................ 32
2.13 Proses Pembentukan Uap ......................................................................... 34
2.14 Nilai Kalor (Heating Value) ................................................................ 34
2.15 Kebutuhan Udara Pembakaran .................................................................. 35
2.16 Gas Asap.................................................................................................... 36
2.17 Volume Gas Asap ...................................................................................... 37
2.18 Perhitungan Efisiensi Ketel Uap ............................................................... 37
BAB III ................................................................................................................ 38
METODE PENELITIAN .................................................................................. 38
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ..................................................................... 38
3.1.1 Tempat penelitian ................................................................................. 38
3.1.2 Waktu penelitian ................................................................................... 38
3.2 Alat dan Bahan ............................................................................................ 38
3.2.1 Alat........................................................................................................ 38
3.2.2 Bahan .................................................................................................... 40
3.3 Prosedur Penelitian ...................................................................................... 42
3.4 Analisa Data .............................................................................................. 43
3.5 Skema Alur Pengerjaan Skripsi ................................................................... 44
BAB IV ................................................................................................................. 45
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ........................................................... 45
4.1 Perhitungan Bahan Bakar ............................................................................ 45
4.2 Nilai Kalor Bahan Bakar ............................................................................. 47

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

4.3 Kebutuhan Bahan Bakar .............................................................................. 47
4.4 Kesetimbangan Panas .................................................................................. 50
4.5 Efisiensi Ketel Uap Sebelum Menggunakan Ekonomiser .......................... 51
4.5.1 Besar panas yang diserap high temperature superheater (HTS) .......... 52
4.5.1 Besar panas yang diserap low temperature superheater (LTS) ............53
4.6 Efisiensi Ketel Uap Sesudah Menggunakan Economiser ........................... 55
4.6.1 Besar panas yang diserap high temperature superheater (HTS) .......... 55
4.6.2 Besar panas yang diserap low temperature superheater (LTS) ............ 57
4.6.3 Besar panas yang diserap ekonomiser .................................................. 58
BAB V................................................................................................................... 59
KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................. 59
5.1 Kesimpulan .................................................................................................. 59
5.2 Saran ............................................................................................................ 59
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 60
LAMPIRAN .......................................................................................................... 62

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Data ketel uap sebelum menggunakan ekonomiser .............................. 40
Tabel 3.2 Data ketel uap setelah penggunaan ekonomiser ................................... 41
Tabel 3.3 Sifat fisik bahan bakar........................................................................... 41
Tabel 4.1 Komposisi dari unsur-unsur kimia bahan bakar ................................... 46

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Ketel Uap............................................................................................. 7
Gambar 2.2 Ketel Uap Pipa Api ............................................................................. 9
Gambar 2.3 Ketel Uap Pipa Air ............................................................................ 10
Gambar 2.4 Ketel Uap Tegak................................................................................ 11
Gambar 2.5 Ketel Uap Mendatar .......................................................................... 11
Gambar 2.6 Bagian-bagian Ketel Uap ................................................................. 14
Gambar 2.7 Burner................................................................................................ 15
Gambar 2.8 Tangki Air Umpan ............................................................................ 17
Gambar 2.9 Pompa Air Umpan ............................................................................. 18
Gambar 2.10 Sea Water Desalination................................................................... 19
Gambar 2.11 Deareator ........................................................................................ 19
Gambar 2.12 Ekonomiser...................................................................................... 20
Gambar 2.13 Mekanisme Ekonomiser ................................................................. 21
Gambar 2.14 Penampang Ekonomiser .................................................................. 22
Gambar 2.15 Ekonomiser...................................................................................... 23
Gambar 2.16 Bagan Sederhana Siklus Rankine.................................................... 27
Gambar 2.17 Diagram T-S Siklus Rankine........................................................... 27
Gambar 2.18 Penyimpangan Siklus Rankine ........................................................ 29
Gambar 2.19 Perpindahan Panas Secara Konveksi.............................................. 30
Gambar 2.20 Pendinginan Sebuah Balok Yang Panas Dengan Konveksi ............ 31
Gambar 2.21 Blackbody disebut sebagai Pemancar Dengan Arah yang Bebas .... 32
Gambar 2.22 Distribusi Suhu Dalam Air Heater Untuk Jenis Aliran Counterflow
............................................................................................................................... 33
Gambar 2.23 Diagram T-S .................................................................................... 34

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Gambar 3.1 Orificemeter ...................................................................................... 38
Gambar 3.2 Termometer ....................................................................................... 39
Gambar 3.3 Manometer ........................................................................................ 39
Gambar 3.4 Alur Pengerjaan Skripsi .................................................................... 44

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DAFTAR NOTASI

SIMBOL

ARTI

SATUAN

η

Efisensi

%

T

Temperatur

o

HHV

High heating value

kJ/kg

LHV

Low heating value

kJ/kg

h

Entalpi

kJ/kg

W

Konsumsi bahan bakar

kg/jam

Kapasitas aliran uap

kg/jam

Panas yang diserap low temperature

kJ/jam

W

�

C

Superheater

�

Panas yang diserap medium temperature
Superheater

kJ/jam

��

Panas yang diserap high temperature
Superheater

kJ/jam

���

Panas yang diserap economizer

kJ/jam

Cp air

panas jenis air

kJ/kg℃

���

Panas yang diserap air heater

kJ/jam

berat udara yang sebenarnya

kg/jam

Cp udara

panas jenis udara

kJ/kg℃

K

konduktivitas termal

W/m.K

�

massa jenis

kg/

�

konstanta Stefan-Boltzmann

W/

U

Koefisien perpindahan panas menyeluruh

J/

P

Tekanan

bar

Laju aliran massa udara

kg/jam

Temperature gas buang

℃

� �

Tf

�� �

�

.�
K

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M

�

A
�

Persentase kandungan air dalam bahan bakar

%

Kebutuhan udara teoritis

kg/kg b.bakar

kebutuhan udara sebenarnya

kg/kg b.bakar

berat gas asap teoritis

kg/kg b.bakar

kandungan abu dalam bahan bakar

%

volume gas asap

/kg b.bakar

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Data Sebelum Pemakaian Ekonomiser ............................................. 62
Lampiran 2. Data Setelah Pemakaian Ekonomiser ............................................... 64

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA