Dasar Teori Perhitungan Efisiensi Boiler

4.1 Neraca Panas

Compositions pembakaran dalam kettle dapat digambarkan dalam bentuk graph alir energi. Graph ini menggambarkan secara grafis tentang bagaimana energi masuk dari bahan bakar diubah menjadi aliran energi dengan berbagai kegunaan dan menjadi aliran kehilangan panas dan energi. Panah tebal menunjukan jumlah energi yang dikandung dalam aliran masingmasing.

eraca panas merupakan keseimbangan energi add up to yang masuk heater terhadap yang meninggalkan heater dalam bentuk yang berbeda. Gambar berikut memberikan gambaran berbagai kehilangan yang terjadi untuk pembangkitan steam. Kehilangan energi dapat dibagi kedalam kehilangan yang tidak dapat dihindarkan dan kehilangan yang dapat dihindarkan. Tujuan dari pengkajian energi adalah agar rugi-rugi/kehilangan dapat dihindari, sehingga dapat meningkatkan

efisiensi energi. Rugi-rugi yang dapat diminimalisasi antara lain:

 Kehilangan gas cerobong:

– Udara berlebih (diturunkan hingga ke nilai least yang tergantung dari

teknologi burner, operasi (kontrol), dan pemeliharaan).

– Suhu gas cerobong (diturunkan dengan mengoptimalkan perawatan

(pembersihan), beban; burner yang lebih baik dan teknologi kettle).

 Kehilangan karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam cerobong dan abu

(mengoptimalkan operasi dan pemeliharaan; teknologi burner yang lebih baik)

Kehilangan dari blowdown (pengolahan air umpan segar, daur ulang kondensat)

 Kehilangan kondensat (manfaatkan sebanyak mungkin kondensat)

 Kehilangan konveksi dan radiasi (dikurangi dengan isolasi kettle yang lebih baik)

4.2 Nilai Pembakaran Bahan Bakar

Bahan bakar adalah zat kimia yang apabila direaksikan dengan oksigen (02)

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 expositions pembakaran per satuan massa atau persatuan volume bahan bakar.

Nilai pembakaran ditentukan oleh komposisi kandungan unsur di dalam bahan bakar. Dikenal dua jenis pembakaran (ESM, Tambunan, Fajar H Karo

1984:33), yaitu:

1. Nilai Kalor Pembakaran Tinggi

Nilai kalor pembakaran tinggi atau juga dikenal dengan istilah High Heating Esteem (HHV) adalah nilai pembakaran dimana panas pengembunan air dari expositions pembakaran ikut diperhitungkan sebagai panas dari compositions pembakaran. Dirumuskan dengan:

HHV = 7986C + 33575(H – O/8) + 2190S… … (4.1a)

2. Nilai Kalor Pembakaran Rendah Nilai kalor pembakaran rendah atau juga dikenal dengan istilah Low Heating Esteem (LHV) adalah nilai pembakaran dimana panas pengembunan uap air dari

hasil pembakaran tidak ikut dihitung sebagai panas dari expositions pembakaran.

Dirumuskan dengan:LHV = HHV – 600(9H + Mm)… … …(4.1b)Dimana Mm

merupakan kelembaban bahan bakar.

4.3 Kebutuhan Udara Pembakaran

Pembakaran adalah expositions persenyawaan bagian dari bahan bakar dengan O2 dengan disertai kalor. Pembakaran akan terjadi jika titik nyala telah dicapai oleh campuran bahan bakar dengan udara. Di dalam teknik pembakaran diperlukan jumlah udara yang memadai (udara berlebih) sehingga pembakaran yang terjadi akan sempurna. Untuk mengetahui jumlah keperluan udara pada expositions pembakaran harus diketahui kandungan O2 dalam udara. Komposisi unsur-unsur yang terkandung dalam udara menurut satuan berat (buku STEAM it’s age and utilize, Babcok and Willcox, table 4 hal 9-5) adalah: – 02 sebanyak 23% – N2 sebanyak 77% Reaksi pembakaran yang terjadi dapat dinyatakan dalam satu satuan berat molekul. Maka reaksi pembakaran dari unsur-unsur bahan bakar adalah sebagai berikut:

1. Zat Belerang terbakar menurut: Untuk pembakaran belerang diperlukan Dalam pembakaran belerang dihasilkan SO

2.sebanyak: 2. Zat Karbon terbakar menurut: Dalam pembakaran karbon diperlukan: Dalam pembakaran karbon dihasilkan CO2 sebesar:

3. Hidrogen terbakar menurut: Maka:Pembakaran H2menghasilkan H2O sebanyak:1 kg S menghasilkan 1,996 kg

SO21 g H menghasilkan 8,9836 kg H2O

Maka untuk menghitung berat gas asap pembakaran perlu dihitung dulu masing-masing komponen gas asap tersebut (Ir. Syamsir A. Muin, Pesawat-pesawat Konversi Energi 1 (Ketel Uap) 1988:196):Berat CO2= 3,66 C kg/kgBerat SO2= 2 S kg/kg Berat H2O = 9 H2kg/kgBerat N2= 77% Us kg/kgBerat O2= 23% UtDari perhitungan di atas maka akan didapatkan jumlah gas asap:Berat gas asap (Gs) = W CO2+ W SO2+ W H2O + W N2+ W O2 Atau: b. Berat gas asap sebenarnya (Gs) Gs = Us + (1 – A) (kg/kg BB)… … (4.3b)

Untuk menentukan komposisi dari gas asap didapatkan: Kadar gas = (W gas tersebut/W add up to gas) x 100%

4.5 Karbon Yang Tidak Terbakar

Dari compositions pembakaran selama terbentuk gas-gas asap, juga akan terbentuk strong can’t (Msr) dimana strong reject ini terdiri dari abu won’t (Ar), dan karbon can’t (Cr). (ESM. Tambunan, Fajar H karo 1984:35)Persamaannya adalah:mbb+ Us = Gs + Msr… … …… (4.4a) sedangkan dari perhitungan deny didapatkan persamaan:Msr . Ar = mbb. A

Atau…………………………………………………………..(4.4b)Maka karbon yang tidak terbakar dalam terak (Cr) adalah:Cr = 100% – Ar… … … (4.4c)Sehingga massa can’t (Mr) yang terjadi tiap jamnya adalah:Mr = Cr.mbb(kg/stick)… … ..(4.4d)Dimana:

mbb= massa bahan bakar

Us = massa udara pembakaran sebenarnya (kg/kgBB)

Gs = berat gas asap sebenarnya (kg/kgBB)

Msr = massa strong won’t (kg/kgBB)

Ar = prosentase strong decline dalam abu

A = prosentase abu dalam bahan bakar

4.6 Karbon Aktual Yang Habis Terbakar (Ct)

Panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar dalam dapur ketel tidaklah seluruhnya digunakan untuk membentuk uap, karena sebagian panas tersebut ada yang hilang. (ESM. Tambunan, Fajar H karo 1984:35). Panas yang hilang dari pembakaran bahan bakar dalam dapur ketel merupakan kerugian-kerugian kalor yang diantaranya adalah sebagai berikut: a. Kerugian kalor karena bahan bakar (Q1)Kerugian ini disebabkan karena adanya kandungan air dalam bahan bakar,dimana besarnya dapat dirumuskan sebagai berikut:… … .(4.6a)Dimana:Q1= kerugian kalor karena kelembaban bahan bakar (btu/lb BB)Mm = prosentase kelembaban bahan bakarhg = entalpi uap super panas pada temperatur gas buang (btu/lb)

hf = entalpi pada temperatur udara ruang (btu/lb)

b. Kerugian kalor karena hidrogen (H) yang terdapat dalam bahan bakar (Q2)

Kerugian ini disebabkan karena kandungan unsur hidrogen (H) dalam bahan bakar, yang bila terbakar akan bereaksi dengan oksigen dari udara dan berbentuk uap air (H2).

Besarnya kerugian ini dirumuskan dengan:… … .(4.6b) Dimana Hy = prosentase hidrogen dalam bahan bakar.

s buang (0F)ta= temperatur ruang (0F)d. Kerugian kalor karena pembakaran yang tidak sempurna (Q4)

Gas CO yang terdapat dalam gas asap menunjukkan bahwa sebagian bahan bakar ada yang terbakar tidak sempurna. Hal ini terjadi karena kekurangan udara atau distribusi udara yang kurang baik. Kerugian kalor akibat pembakaran yang tidak sempurna ini dirumuskan dengan: … … (4.6d) Dimana: CO = prosentase gas CO dalam asap Cp= panas jenis rata-rata dari gas asap (kJ/kg 0K)

g. Kerugian kalor karena radiasi dan lain-lain (Q7)

Terjadi akibat penghantaran dan pemancaran panas dari peralatan ketel,misalnya pada badan ketel dan lain-lain.

Besarnya kerugian ini dirumuskan dengan:… … .… (4.6g)

Apabila rugi-rugi kalor tersebut di atas dinyatakan dalam prosentase, maka persamaannya adalah sebagai berikut:

……………………………………………………………………..(4.6h)Dimana Qnmerupakan rugi-rugi kalor dari Q1 sampai Q7

4.7 Rumus Perhitungan Efisiensi Ketel Uap

Dengan diketahuinya kerugian-kerugian kalor dari hasil pembakaran pada suatu ketel, maka dapat dihitung efisiensi dari ketel tersebut, yang besarnya

dirumuskan:

= η

= … ..(4.7)

(w. Culp, Archie. Jr.1989:211)

4.8 Rumus Perhitungan Kapasitas Produksi Ketel Uap (Mu)

 Persen kehilangan panas karena penguapan air yang terbentuk karena adanya

H2 dalam bahan bakar

Dimana,H2 = persen H2 dalam 1 kg bahan bakar

Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kkal/kg)

 Persen kehilangan panas karena penguapan kadar air dalam bahan bakar

Dimana, M – persen kadar air dalam 1 kg bahan bakar

Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (kkal/kg)

 Persen kehilangan panas karena kadar air dalam udara

Dimana, Cp = panas jenis steam lewat jenuh/superheated steam (0,45 kkal/kg)

 Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu terbang/fly fiery debris

 Persen kehilangan panas karena bahan bakar yang tidak terbakar dalam abu bawah/base fiery debris

 persen kehilangan panas karena radiasi dan kehilangan lain yang tid