Cara Menghitung Efisiensi Boiler

Satu cara yang dianggap paling efektif untuk mengetahui performa boiler secara lebih presisi adalah dengan menghitung Efisiensi Fuel-to-Steam-nya (biasa pula disebut dengan efisiensi bahan bakar). Selain memperhatikan efektifitas boiler sebagai heat exchanger (efisiensi termal), perhitungan efisiensi bahan bakar boiler juga memperhatikan adanya losses (kerugian) akibat adanya perpindahan panas radiasi dan konveksi. Efisiensi bahan bakar boiler memperhatikan dengan sangat teliti jumlah konsumsi bahan bakar yang digunakan, sehingga sangat tepat digunakan sebagai bahan analisa ekonomis boiler.

Metode Langsung
Dikenal ada dua metode untuk menghitung efisiensi bahan bakar pada boiler, yaitu metode langsung dan metode tak langsung. Metode langsung, atau dikenal juga sebagai metode input-output, dilakukan dengan jalan membandingkan secara langsung energi panas yang diserap oleh air sehingga berubah fase menjadi uap air (energi output), dengan energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar di dalam ruang bakar boiler (energi input). Rumusan sederhana dari perhitungan metode langsung adalah sebagai berikut:
      \eta_{fuel}=\dfrac {Q_{steam}}{Q_{fuel}}\times 100\%
              =\dfrac {Q\times \left( h_{g}-h_{f}\right) }{q\times GCV}\times 100\%
dimana,
      \eta_{fuel} : Efisiensi bahan bakar boiler (%)
      Q_{steam} : Energi panas total yang diserap uap air (kalori; Joule)
      Q : Debit uap air keluar boiler (kg/jam)
      h_{g} : Entalpi uap keluar boiler (kcal/kg)
      h_{g} : Entalpi air masuk boiler (kcal/kg)
      Q_{fuel} : Energi panas yang dihasilkan dari pembakaran bahan bakar (kalori; Joule)
      q : Debit kebutuhan bahan bakar (kg/jam)
      GCV : Gross Calorific Value atau nilai kalor spesifik bahan bakar (kcal/kg)

Pada metode langsung, ada beberapa parameter yang harus diukur secara presisi agar didapatkan hasil perhitungan yang akurat. Parameter-parameter tersebut antara lain adalah:

  1. Debit air (feedwater) masuk ke boiler
  2. Debit air desuperheater
  3. Keseluruhan debit aliran sekunder seperti boiler blowdown, auxiliary steam, dan lain sebagainya.
  4. Tekanan dan temperatur keseluruhan aliran fluida kerja seperti air masuk, uap superheater keluar, uap reheater masuk dan keluar, auxiliary steam, dan lain-lain.
  5. Debit kebutuhan bahan bakar
  6. Nilai kalor (heating value) bahan bakar
  7. Energi masuk lainnya

Tabel berikut menunjukkan kelebihan dan kekurangan dari metode langsung dan tak-langsung perhitungan efisiensi bahan bakar boiler.

Kelebihan Kekurangan
Metode Langsung
Parameter primer dari definisi efisiensi bahan bakar boiler (input-output) dihitung secara langsung. Debit dan heating value bahan bakar, maupun debit dan properties uap air, harus dihitung seakurat mungkin untuk meminimalisir ketidaktepatan.
Hanya membutuhkan sedikit perhitungan. Tidak mampu menunjukkan potensi penyebab inefisiensi.
Tidak memerlukan asumsi nilai untuk kerugian tak terukur. Harus menggunakan metode tak-langsung untuk menilai tingkat keakuratan perhitungan.
Metode Tak-Langsung
Perhitungan primer seperti analisa gas buang dan temperatur gas buang dapat dilakukan dengan sangat akurat. Membutuhkan perhitungan lebih banyak daripada metode langsung.
Dapat dilakukan perbaikan perhitungan untuk mengejar standard yang ada ataupun untuk pemenuhan garansi. Tidak otomatis memberikan data kapasitas dan output.
Memiliki tingkat ketidaktentuan yang rendah, sebab perhitungan kerugian hanya mencerminkan sebagian kecil saja dari total konversi energi yang ada. Beberapa titik kerugian tidak dapat diukur sehingga nilainya harus diasumsikan.
Dapat diketahui sumber kerugian terbesar.
Tingkat eror perhitungan relatif rendah.

Metode Tak-Langsung
Yang dimaksud dengan perhitungan efisiensi boiler tak-langsung adalah perhitungan yang tidak langsung melibatkan komponen utama rumusan efisiensi boiler yakni energi output dan input, melainkan dengan jalan menghitung kerugian-kerugian (losses) yang ada. Mari kita perhatikan rumusan berikut.
      \eta_{fuel}=\dfrac {output}{input}\times 100\%

Dan jika:
      input + credits = output + losses

Maka:
      \eta_{fuel}=\left[ \dfrac {input-losses+credit}{input}\right] \times 100\%
              =\left[ 1-\dfrac {\left( losses-credit\right) }{input}\right] \times 100\%

Dimana pengertian input, credit, output, serta losses adalah sesuai dengan ilustrasi berikut yang kami kutip dari buku standard ASME.
 photo 4DCF8474-CB20-4419-AA3A-A360ED18F1A3.jpg

Sesuai dengan rumusan di atas, perhitungan efisiensi tak-langsung dilakukan dengan cara terbalik yakni fokus ke parameter-parameter losses serta energy credit (kredit energi). Yang dimaksud dengan kredit energi adalah energi-energi sekunder yang masuk ke boiler selain energi primer dari bahan bakar. Sedangkan losses adalah parameter-parameter energi terbuang yang tidak terkonversikan menjadi energi panas di dalam uap air. Petunjuk perhitungan dan pengukuran dari parameter-parameter tersebut sangat datail dijabarkan melalui standardisasi yang dikeluarkan oleh The American Society of Mechanical Engineers (ASME).

Metode tak-langsung dilakukan dengan sangat detail pada setiap parameter yang diukur, sehingga tingkat keakuratannya dianggap jauh lebih baik dibandingkan dengan metode langsung. Namun tentu metode tak-langsung ini membutuhkan biaya yang lebih besar karena membutuhkan peralatan-peralatan khusus di dalamnya. Atas dasar itulah banyak yang menganggap metode tak-langsung ini lebih cocok digunakan pada boiler-boiler skala besar, dan tentu tidak terlalu cocok digunakan untuk menghitung efisiensi boiler kecil.

Satu parameter yang sama-sama diperhitungkan di metode langsung maupun tak-langsung adalah energi input dari bahan bakar. Pada metode tak-langsung energi input yang disimbolkan oleh QrF memiliki rumusan sebagai berikut:
      QrF = MrF \times HVF

Dimana,
      MrF = Debit aliran bahan bakar masuk (kg/s)
      HVF = Nilai heating value bahan bakar (J/kg)

Nampak rumusan di atas identik dengan rumusan energi input pada perhitungan efisiensi metode langsung. Satu komponen penting yang masuk ke rumusan di atas yakni nilai heating value dari bahan bakar. Seperti yang telah kita bahas pada artikel lain mengenai heating value, bahwa ada dua jenis heating value yakni higher heating value (HHV) dan lower heating value (LHV). Keduanya memang sama-sama mencerminkan nilai kalor yang terkandung di dalam bahan bakar, namun keduanya memiliki selisih nilai yang berbeda. Pada sebagian besar bahan bakar nilai HHV cenderung lebih besar dibandingkan dengan LHV. Sehingga jika dikaitkan dengan perhitungan efisiensi boiler, maka nilai efisiensi boiler yang menggunakan HHV sebagai acuannya akan relatif lebih kecil dibandingkan dengan perhitungan efisiensi boiler yang menggunakan LHV sebagai acuan.

Referensi:

2 Replies to “Cara Menghitung Efisiensi Boiler”

  1. Artikel ini baik untuk pelajaran teori mengenai boiler. Tetapi dalam aplikasinya diinginkan efisiensi aktual dengan analisis BTU Method. Apa bisa disajikan untuk ketel ultra. Trim

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *