Efisiensi Termal Cross Section Double Drum Water Tube Boiler Pengaruh Rasio Udara Bahan Bakar Solar Berbasis Water Level Control (AM61-F) Pada Produksi Saturated Steam Proses Kontinyu

Jurnal Engine: Energi, Manufaktur, dan Material Mainur Aini, Tahdid, Yunanto & Erlinawati, Vol. 8, No. 2, November 2024: Hal. 113-122 e-ISSN: 2579-7433 Efisiensi Termal Cross Section Double Drum Water Tube Boiler Pengaruh Rasio Udara Bahan Bakar Solar Berbasis Water Level Control (AM61-F) pada Produksi Saturated Steam Proses Kontinyu 1) *Tiesyah Mainur Aini, 2)*Tahdid, 3)Isnandar Yunanto, 4)Erlinawati Program Studi Teknik Energi/Teknik Kimia, Politeknik Negeri Sriwijaya Jl. Srijaya Negara Bukit Besar, Palembang, Indonesia Telp. 0711-353414 Fax. 0711-355918 *Email: 1); 2) Diterima: 02.09.2024, Disetujui: 11.09.2024, Diterbitkan: 07.10.2024 (1,2,3,4) ABSTRACT A Boiler is a type of closed vessel that transfers heat energy from the combustion process to water until it becomes hot steam (steam). To produce good steam, the Boiler must be reliable in its heat transfer system, mass transfer system and hydrodynamic system. This will also have an impact on cost, thermal efficiency and the environment. In order to produce steam, good combustion and proper water level regulation are required. Combustion is an exothermic reaction that takes place very quickly, which releases energy in the form of heat and flame and is able to spread heat through a medium. In order for combustion to occur optimally, it must pay attention to the value of the Air Fuel Ratio (AFR). The regulation of the water level also affects the steam produced. This study studies the variables of air fuel ratios (Air Fuel Ratio) 16, 18, 20, 22 and 24 as well as water level levels of 20%, 30%, 40%, 50% and 60%. From this study, a flame temperature value of 685.9°C was obtained with a thermal efficiency of 69,61% Specific Fuel Consumption 0,0000339 kg/kJ which is in the 4th experiment, namely Air Fuel Ratio 22 and Water Level 50% with optimal combustion and steam production results. Keywords: Boiler, Saturated Steam, Air Fuel Ratio, Water Level, Energy, Thermal Efficiency, Specific Fuel Consumption. ABSTRAK Boiler merupakan sejenis bejana tertutup yang mentransfer energi panas dari proses pembakaran ke air hingga menjadi uap panas (steam). Untuk menghasilkan steam yang baik, Boiler harus handal dalam sistem perpindahan panas, sistem perpindahan massa serta sistem hydrodinamika nya. Hal ini pula akan berdampak kepada biaya, efisiensi termal dan lingkungan. Agar dapat menghasilkan steam diperlukan pembakaran yang baik dan pengaturan level air yang tepat. Pembakaran merupakan reaksi eksotermis yang berlangsung sangat cepat, yang membebaskan energi berupa panas dan nyala api serta mampu menyebarkan panas melalui suatu media. Agar pembakaran terjadi dengan optimal maka harus memperhatikan nilai rasio udara bahan bakar atau Air Fuel Ratio (AFR). Pengaturan terhadap level air juga berpengaruh terhadap steam yang dihasilkan. Penelitian ini mempelajari variable rasio udara bahan bakar solar (Air Fuel Ratio) 16, 18, 20, 22 dan 24 serta level ketinggian air 20%, 30%, 40%, 50% dan 60%. Dari penelitian ini didapatkan nilai flame temperature 685,9°C dengan efisiensi termal sebesar 69,61% dan nilai Spesific Fuel Consumption 0,0000339 kg/kJ yang berada pada percobaan ke-4 yaitu Air Fuel Ratio 22 dan Level Ketinggian Air 50% dengan hasil pembakaran dan produksi steam yang optimal. Kata kunci: Boiler, Saturated Steam, Air Fuel Ratio, Level Ketinggian Air, Flame Temperature, Efisiensi Termal, Spesific Fuel Consumption. I. mendukung berbagai proses di industri-industri besar maupun industri kecil rumahan. Pendahuluan Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi membawa banyak sekali dampak positif dibidang industri maupun kehidupan sehari-hari. Kehidupan manusia sudah tidak dapat terlepas lagi dari peranan penting industri yang didukung oleh kemajuan pada mesinmesin konversi energi. Boiler merupakan salah satu mesin konversi yang sangat penting dalam Boiler atau ketel uap merupakan sejenis bejana tertutup yang mentransfer energi panas dari proses pembakaran ke air hingga menjadi uap panas (steam). Uap panas tekanan tinggi kemudian digunakan untuk keperluan suatu proses yang paling dibutuhkan dari hampir semua sektor industri (Manggala et al., 2021). -113- Jurnal Engine: Energi, Manufaktur, dan Material Mainur Aini, Tahdid, Yunanto & Erlinawati, Vol. 8, No. 2, November 2024: Hal. 113-122 Penggunaan Boiler pada industri manufaktur memegang peranan yang penting dalam penyempurnaan proses produksi, Boiler dapat menghasilkan energi yang dapat digunakan untuk mengalirkan panas dalam bentuk energi kalor ke suatu proses (Zakiyudin dalam Aisyah, 2021). Pada industri pembangkit listrik, uap digunakan untuk menggerakkan turbin dan menyediakan tenaga mekanik (Yunianto et al., 2022). Menurut (Ningsih et al., 2021) Cross Section Tube berarti bahwa pipa tersusun secara melintang terhadap Steam Drum agar dapat memperluas area Tube sehinggga luas area pada saat perpindahan panas di Boiler ini dapat menjadi lebih besar dengan menggunakan kemiringan 65° dengan tujuan agar pada saat proses perpindahan panas pada Boiler berlangsung dengan optimal dan dapat meningkatkan efisiensi termal pada Boiler. Keunggulan utama dari Boiler ini adalah distribusi panas yang merata dari Water Tube ke Steam Drum (Alidina, Arga et al., 2022). e-ISSN: 2579-7433 Sistem perpindahan panas yang baik akan sangat tergantung dari sistem hidrodinamika yang ditawarkan pada daerah ruang bakar sebagai tempat disusunnya tubing yang digunakan pada ruang bakar. Dimana sistem perpindahan panas tersebut terjadi pada tiga tahap penting berupa proses perpindahan panas secara radiasi, konduksi dan konveksi. Pada Boiler perpindahan panas secara radiasi adalah perpindahan panas yang terjadi saat dinding luar tubing menerima panas reaksi dari hasil pembakaran pada ruang bakar, perpindahan panas konduksi adalah saat kalor yang di terima dinding luar tubing menembus hingga ke dinding bagian dalam tubing, sedangkan perpindahan panas konveksi terjadi saat kalor yang dibawa ke dinding bagian dalam tubing dialirkan ke fluida air di dalam tubing. Proses pembakaran pada ruang bakar terjadi saat sumber panas, udara dan bahan bakar di suplai ke Burner. Untuk mencapai pembakaran yang optimal maka dibutuhkan perbandingan antara udara dan bahan bakar yang tepat atau biasanya disebut dengan AFR (Air Fuel Ratio). AFR bertujuan untuk menghasilkan suatu pembakaran yang sempurna (Ayuni dkk., 2021). Boiler memiliki banyak komponen atau peralatan yang apabila pada salah satu komponen atau peralatan tersebut mengalami gangguan atau kegagalan kinerja, maka akan mempengaruhi kinerja secara keseluruhan atau sistem (Pamungkas dkk., 2020). Banyak sekali faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi atau kinerja Boiler, antara lain adalah kualitas bahan bakar, jenis Boiler serta konfigurasi dari performa peralatan bantu (Auxiliary) yang menunjang kinerja Boiler (Mohamad & Subagyo, 2020). Kinerja Boiler dapat dilihat dari kualitas steam yang dihasilkan dengan melihat tingkat kondisi operasi (tekanan dan temperatur) (...truncated)