Karakteristik Ketel Pipa Api Kapasitas Uap 6000 Kg / Jam Berbahan Bakar Solar di PT. Mustika Ratu, Tbk. *)
*)
Ridwan ST, MT , Elbi Wiseno, ST, MT , Firdaus
**)
E-mail :
[email protected] [email protected] .id *) **)
Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma
Alumni Teknik Mesin Universitas Gunadarma Gunadarma
Abtraksi Karakteri Karakteristk stk ketel uap adalah adalah petunju petunjuk k atau gambaran gambaran spesifik spesifik dari ketel uap melalui sifat-sifat pokoknya. Karakteristik ketel pipa api (Loos Basuki) dengan kapasitas 2
6000 kg / jam menggunakan bahan bakar solar, mempunyai Tekanan kerja 7 kg / cm , 2
dengan Temperatur uap 180 ºC, Beban ketel spesifik 240,96 kg uap/ m . Jam, Faktor penguapan 14,375 kg uap / kg bahan bakar dan Efisiensi sebesar 83 %.
I.
membandingkan teori yang didapat pada
Pendahuluan Seir Seirin ing g
deng dengan an
berk berkem emba bang ngny nya a
bangku kuliah dengan praktiknya.
zaman yang bersamaan dengan kemajuan
II
Land andasan Teori
teknol teknologi ogi dan dan indust industri ri prose proses s produ produksi ksi,,
2.1
Defini Definisi si Ketel Ketel Uap
dimana perkembangan itu nampak dengan adanya
faktor
prod roduktif ktifit ita as
penunjang
didalam
perusa rusah haan. an.
Sema Semaki kin n
banya banyakny knya a produ produsen sen suatu suatu perusa perusaha haan an yang menempati skala besar, hampir 90 % kete ketell uap uap masi masih h teta tetap p domi domina nan n untu untuk k dipergu dipergunaka nakan. n. Dimana Dimana ketel ketel uap dipakai dipakai seb sebagai gai
mesin sinprod roduksi ksi
baik
seca secarra
langsu langsung ng maupu maupu tidak tidak langsu langsung. ng. Salah Salah satu
contohnya
PT.
Mustika
Ratu
mengg menggun unaka akan n ketel ketel uap uap sebaga sebagaii mesin mesin produksi
untuk
mengolah
produk-
produknya. Melihat dari peranan ketel uap tersebut tersebut penulis penulis tertarik tertarik untuk untuk membaha membahas s pera perana nan n kete ketell uap uap di PT. PT. Must Mustik ika a Ratu Ratu,, Tbk. bk.
Den Dengan
mahasi hasis swa
demiki ikian,
dap dapat
diha iharap rapkan kan
menera nerap pkan kan
dan
Kete Ketell uap uap (boiler) adalah adalah suatu suatu bejan bejana a tertut tertutup up yang yang terbua terbuatt dari dari baja baja digu diguna naka kan n
untu untuk k
meng mengha hasi silk lkan an
uap. uap.
Didalam Didalam dapur dapur (Furnace), energi energi kimia dari bahan bakar dirubah menjadi panas melalu melaluii prose proses s pemb pembaka akaran ran dan dan panas panas yang dihasilkan sebagian besar diberikan kepad kepada a air air yang yang berad berada a didala didalam m ketel ketel seh sehingga,
pengaruh
dari
proses ses
pemanasan air tersebut berubah menjadi uap. uap. Uap yang yang dihasi dihasilka lkan n dari dari sebua sebuah h kete ketell dapa dapatt digu diguna naka kan n seba sebaga gaii flui fluida da kerj kerja a maup maupun un medi media a pema pemana nas s untu untuk k berba berbagai gai
macam macam
keper keperlua luan-k n-kep eperl erlua uan n
rumah tangga sampai dengan keperluan industri
[1]
.
2.2 2.2
o
Pros Proses es Terb Terben entu tukn knya ya Uap Uap Bila
diatas
sekeping
kepingan logam tersebut mencapai T d d K logam
atau
o
C , seda sedang ngka kan n kece kecepa pata tan n gera gerak k
terd terdap apat at bebe bebera rapa pa tete tetes s air, air, dan dan kita kita
mole moleku kull-mo mole leku kull
perhatika perhatikan n molekul-m molekul-mole olekul kul air tersebut tersebut,,
mencapai
temper temperatu aturr air air pada pada saat saat itu ialah ialah T 0 0 o
atau
C .
berg berger erak ak
Mole Moleku kull-mo mole leku kull beba bebas s
lingku lingkunga nganny nnya a
air air
K
ters terseb ebut ut
V d meter/de /detik tik,, d meter
mole moleku kull-mo mole leku kull
air air
tela telah h
sehin sehingg gga a
ters terseb ebut ut
mamp mampu u
ters terseb ebut ut
melepask melepaskan an diri dari dari lingkung lingkungann annya, ya, dan
dala dalam m
mampu mampu melepaska melepaskan n diri dari gaya tarik-
kesa kesana na-k -kem emar arii
(ling (lingkun kunga gan n
o
air air
air) air) deng dengan an
mena menari rik k
anta antara ra
mole moleku kull-mo mole leku kull
kecepatan gerak V 0 meter/detik. Molekul0 meter/detik.
ters terseb ebut ut..
molekul tersebut dalam gerakannya belum
mele melepa pask skan an
dapat meninggalkan lingkungannya karena
tersebut tersebut akan akan berubah berubah menjadi menjadi molekul molekul
adanya gaya tarik-menarik antara molekul-
uap yang kecepatan gerakannya melebihi
molek molekul ul air itu sendi sendiri. ri. Apabi Apabila la di bawah bawah
kece kecepa pata tan n
kepin kepinga gan n logam logam terseb tersebut ut dipasa dipasang ng api, api,
yang semula.
bata batang ng lili lilin, n, kore korek k api api dan dan seba sebaga gain inya ya sedemikian
seh sehingga
api
tersebut
memanasi kepingan logam yang diatasnya terdapat
beberapa
tetes
air,
Mole Moleku kull-mo mole leku kull diri diri
dari dari
gera gerak k
air air
air air yang yang
ling lingku kung ngan anny nya a
mole moleku kull-mo mole leku kull
air air
Proses yang demikian ini disebut “pr “proses ses
pengua guapan”
atau tau
“prose roses s
[1]
pembentukan pembentukan uap” .
maka
temperatur air tersebut akan naik menjadi T 1
o
K K atau
o
C , dan dan ternya ternyata ta kecep kecepata atan n
gerak gerak dari dari molek molekulul-mo molek lekul ul air air terseb tersebut ut akan bertamb bertambah ah menjadi menjadi V 1 meter/detik, namun belum mampu melepaskan diri dari
Gambar 2.1. Proses Terbentuknya Uap
lingkungannya.
2.3 2.3
Apabila
seca secara ra umum umum kete ketell dibe dibeda daka kan n
loga logam m
dalam dalam dua dua golon golonga gan n utama utama yaitu yaitu ketel ketel
tersebut tersebut ditambah ditambah besarny besarnya a (menjadi (menjadi dua
pipa api (Fire Tube Boiler) dan ketel pipa
bata batang ng lili lilin, n, dsb) dsb) maka maka temp temper erat atur ur air air
air (Wat (Water er
diat diatas as
memb membed edak akan an
diba ibawah wah
kepi kepin ngan gan
bertam bertamba bah h
kepin pingan
loga logam m
menjad menjadii
api
Klas Klasif ifik ikas asii Kete Ketell Uap Uap
yang
dipa ipasan sang
kemudian
[1]
T 2 2
ters terseb ebut ut o
K atau
akan akan o
Tube Tube
[3]
Boil Boiler er))
seca secara ra
.
Untuk
terp terpei einc nci, i,
kete ketell
C ,
dapat dapat digolong digolongkan kan menuru menurutt peninjau peninjauan an
sedangka sedangkan n kecepata kecepatan n gerak gerak dari molekulmolekul-
dari berbagai segi terhadap ketel tersebut
molekul bertambah menjadi V 2 2 meter/detik,
yakni yakni :
namun namun masih masih belum belum mampu mampu melepask melepaskan an
2.3.1 2.3.1
diri diri dari dari lingk lingkung ungan annya nya.. Dan apabi apabila la api api
a) Ketel Pipa Api (Fire Tube Boiler)
Menuru Menurutt Isi Pipany Pipanya a [3]
yang dipasang dipasang dibawah dibawah kepingan kepingan logam logam
Pada ketel jenis ini nyala api dan gas
tersebut tersebut senantia senantiasa sa ditambah ditambah besarnya besarnya,,
panas panas diperole diperoleh h dari hasil hasil pembakar pembakaran an
sedemikia sedemikian n hingga hingga temperat temperatur ur air diatas diatas
bahan
bakar
untuk
men- transfer
panasnya panasnya.. Gas panas panas dilewatka dilewatkan n melalui melalui
Wilcox, Ketel Lamont, Ketel Yarrow, dan
pipa pipa-p -pip ipa a
Ketel Loeffer .
dise diseki kita tarr
dind dindin ing g
luar luar
yang yang
dike dikeli lili ling ngii oleh oleh air air atau atau uap uap yang yang tela telah h terbentuk.
Gambar 2.2 Bagan Ketel Pipa Api
Gambar 2.3 Bagan Ketel Pipa Air
[3]
2.3.2 2.3.2
[3]
Menuru Menurutt Posisi Posisi Dapur Dapur Menur Menurut ut posis posisii dapur dapurnya nya,, ketel ketel
dapat digolongkan sebagai
[3]
b) Ketel Pipa Air (Water Air (Water Tube Boiler)
[4]
:
a) Ketel Ketel Penga Pengapia pian n Dalam Dalam (Internal
Kete Ketell yang yang term termas asuk uk keda kedala lam m pipa pipa ini ini
Fired Boiler)
adalah adalah ketel ketel yang pereda peredara ra airnya airnya terjadi terjadi
b) Kete Ketell Peng Pengap apia ian n Luar Luar (External
dida didala lam m pipa pipa-p -pip ipa a yang yang dike dikeli lili ling ngii oleh oleh
Fired Boiler)
nyala api dan gas panas dari luar susunan pipa. pipa. Kontruk Kontruksi si pipa-pip pipa-pipa a yang dipasang dipasang
Pada ketel jenis pengapian dalam, dapur
dida didala lam m
luru lurus s
(furnace) tempat pengapian ditempatkan
(Straight Tube) dan juga dapat berbentu berbentuk k
didalam shell didalam shell . Kebanyakan dari ketel pipa
pengkolan (Bend (Bend Tube) Tube) tergantu tergantung ng dari
api memili memiliki ki penga pengapia pian n dalam dalam (Internal
enis enis
Fired Boiler) dimana pembakaran bahan
kete ketell
dapa dapatt
kete keteln lnya ya..
berb berben entu tuk k
Pipa Pipa-p -pip ipa a
yang yang
luru lurus s
dipa dipasa sang ng seca secara ra para parale lell dida didala lam m kete ketell
baka bakarr
dihubun dihubungkan gkan dengan dengan Header , kemud kemudian ian
sendir sendiri.d i.dan an hasil hasil dari dari pemba pembakar karan anny nya a
Header ters tersebu ebutt
diterima langsung dari shell tersebut. tersebut.
bejana
uap
dihubu dihubungk ngkan an
yang
horizontal diat diatas as gamb gambar ar (2.3 (2.3). ).
dipasang
susu susuna nan n
Susu Susuna nan n
denga dengan n
dida didala lam m shell
itu
sec secara
pipa pipa,,
pipa pipa
dila dilaku kuka kan n
liha lihatt
dian dianta tara ra
kedua Header mempunyai mempunyai kecondongan kecondongan 0
2.3.3 2.3.3
Menuru Menurutt Pengg Pengguna unaan an
a)
Utillity Boiler Memproduksi
uap
untuk
tertentu (sekitar 15 dari garis datar) hal ini
pemb pemban angk gkit it
dimaks dimaksud udkan kan agar agar dapat dapat menimb menimbul ulkan kan
besar, tekanan dan temperatur uap tinggi,
pered peredar aran an air dalam dalam ketel. ketel. Contoh Contoh ketel ketel
efisie efisiensi nsi tingg tinggi, i, dapur dapur dindin dinding g pipa pipa air
yang yang
dengan burner , bila dengan tekanan lebih
term terma asuk suk
keda kedala lam m
golo golong ngan an ini ini
adalah Ketel Ketel Benson, Benson, Ketel Ketel Babcock Babcock and
tena tenaga ga
list listri rik. k.
Kapa Kapasi sita tas s
besa besarr dari dari 14 Mpa biasanya biasanya dengan dengan reheater.
b)
Industrial Boiler Memproduksi
Digunakan sebagai utillity boiler boiler , untuk
kapasitas kapasitas besar, besar, sirkulasi sirkulasi once-thro once-through ugh
pemanasan dan proses. Biasanya memiliki
atau kombinasi, dengan reheater reheater ; harus
kapasit sitas
dan
dipertim dipertimbang bangkan kan pencegah pencegahan an terhada terhadap p
dapu dapur r
pseudo-film boilling boilling dan dan korosi korosi karen karena a
yang
temp temper erat atur ur
uap uap
uap
kecil cil, lebi lebih h
tekanan rend rendah ah,,
dengan burner, burner, stoker stoker atau fluidized fluidized bed ,
temperatur tinggi.
tanpa reheater. tanpa reheater.
2.4 2.4
Bagi Bagian an-b -bag agia ian n Kete Ketell Uap Uap
a)
Pem Pemanas nas Lan Lanjut jut Uap Uap
c)
Marine Boiler
(Steam Superheater) Superheater)
Memproduksi uap sebagai sumber peng pengge gera rak k
kapa kapal. l.
Bent Bentuk ukny nya a
komp kompak ak,,
Pema Pemana nas s Superheater)
Lanj Lanjut ut ia ialah
Uap Uap (Steam alat
untuk
bobot lebih ringan, biasanya menggunakan
memanask memanaskan an uap kenyang kenyang menjadi menjadi uap
bahan bakar minyak, tanpa reheater.
yang
dipanaskan
lanjut.
Uap
yangdipa yangdipanask naskan an lanjut lanjut digunaka digunakan n intuk intuk melakuka melakukan n kerja kerja dengan dengan jalan jalan ekspans ekspansii 2.3.4 2.3.4
Berdasa Berdasarkan rkan Tekanan Tekanan Kerja Kerja
didalam turbin atau mesin uap tidak akan
a)
Boiler Ber Bertekanan Ren Rendah dan dan
segera
Sedang (< 10 Mpa) Mpa) Digu Diguna naka kan n Boiler , sirk sirkul ulas asii
mengembun,
meng mengur uran angi gi seba sebaga gaii
sehingga
kemu kemung ngki kina nan n
indu indust stri rial al
baha bahaya ya
yang yang
dise diseba babk bkan an
natu natura ral, l, beberapa
puku pukula lan n
bali balik k (Bac (Back k
timb timbul ulny nya a timb timbul ulny nya a
Stro Stroke ke)) yang
diantara diantaranya nya dengan dengan Boiler Boiler bank, bank, dapur
diakibatk diakibatkan an mengemb mengembunn unnya ya uap belum belum
dengan burner atau stoker, tanpa stoker, tanpa reheater reheater .
pada waktunya waktunya sehinng sehinnga a menimbul menimbulkan kan
b)
Boil Boiler er Teka Tekana nan n Ting Tinggi gi (10(10-14 14 Mpa Mpa))
vakum vakum ditem ditempat pat yang yang tidak tidak semest semestiny inya a
Digunaka Digunakan n sebagai sebagai utillity utillity boiler boiler ,
didaerah ekspansi.
biasan biasanya ya deng dengan an reheater hany hanya a
bila bila
b)
Ekonomiser
tekanannya > 14 Mpa, Mpa, dan menggunakan
Gas asap setelah setelah meningg meninggalka alkan n
sirkulasi natural.
superheater superheater temperaturnya masih sangat
c)
tinggi tinggi sekita sekitarr 500
Boiler Den Dengan Te Tekanan Sa Sangat
Tinggi (> 17 Mpa 17 Mpa))
o
C hing hingga ga 800 800
o
C,
sehing sehingga ga akan akan menim menimbu bulka lkan n kerug kerugian ian
Digunaka Digunakan n sebagai sebagai utillity utillity boiler boiler ,
pana panas s yang yang besa besarr apab apabil ila a gas gas asap asap
sirkulasi natura atau natura atau paksa, tergantung dari
ters terseb ebut ut
pada engineerin engineering-ec g-econo onomica micall
aproach, aproach,
cerobon cerobong. g. Gas asap yang masih panas
dengan reheater reheater ; harus harus dipertim dipertimbang bangkan kan
ini dapat dapat dimanfaa dimanfaatkan tkan untuk untuk memana memanasi si
pencega pencegahan han terhadap terhadap film boilli boilling ng dan
air terleb terlebih ih dahul dahulu u sebelu sebelum m dimasu dimasukan kan
korosi karena temperatur tinggi.
kedala kedalam m drum drum ketel, ketel, sehing sehingga ga air telah telah
d)
dalam keadaan panas, sekitar 30 hingga
Boil Boiler er Teka Tekana nan n Supe Superr Krit Kritis is
(> 22,1 Mpa 22,1 Mpa))
o
lang langsu sung ng
dibu dibuan ang g
melal elalui ui
50 C dibawah temperatur mendidihnya.
Air yang telah dalam keadaan panas pada
dalam dalam keada keadaan an panas panas masuk masuk kedal kedalam am
saat masuk kedalam drum ketel membawa
tungku, tungku, membant membantu u untuk untuk memper mempercepa cepatt
keuntu keuntung ngan an karen karena a ditem ditempa patt air masuk masuk
pengu penguapa apan n air yang yang terkan terkandu dung ng dalam dalam
keda kedala lam m drum drum,, dind dindin ing g tida tidak k meng menger erut ut
bahan
sehi sehing ngga ga drum drum kete ketell dapa dapatt lebi lebih h awet awet
mempercepat
deng dengan an
pem pembakara karan n
demi demiki kian an
biay biaya a
pera perawa wata tann nnya ya
akan akan menja menjadi di lebih lebih murah murah.. Keuntu Keuntung ngan an
tungku.
yang kedua adalah dengan memanfaatkan
d)
gas
asap
yang
masih
mempunyai
bakar
sehingga
akan
berlangsungnya baha ahan
bakar akar
dida idalam lam
Cerobong Asap Cer Cerobo obong
digu igunakan kan
untu untuk k
temp temper erat atur ur yang yang ting tinggi gi ters terseb ebut ut untu untuk k
mengal mengalirk irkan an gas gas asap asap kelua keluarr dari dari ketel ketel
meman memanasi asi air sebelu sebelum m masuk masuk kedala kedalam m
uap uap atau atau deng dengan an kata kata lain lain digu diguna naka kan n
drum drum kete ketel, l, bera berart rtii akan akan memp memper erbe besa sar r
untu untuk k
efis efisie iens nsii dari dari kete ketell uap, uap, kare karena na dapa dapatt
mung mungki kin n
memperkecil kerugian panas yang diderita
lingkungan disekitar.
oleh ketel.
2.5
c)
Pemanas Udara (Air Preheater)
Sega Segala la sesu sesuat atu u zat zat (pad (padat at,, cair cair,, gas) gas)
Gas Gas asap asap kelua keluarr dari dari mema memana nasi si
yang yang digu diguna naka kan n seba sebaga gaii baha bahan n yang yang
ekon ekonom omis iser er
masi masih h
hing hingga ga 700 700
bert bertem empe pera ratu turr
memb membua uan ng
gas gas
sehi sehing ngga ga
asap asap seti seting nggi gi
tida tidak k
meng mengga gang ngu u
Bahan Bakar
400 400
dibakar pada berbagai cara atau metode
C sehi sehing ngga ga saya sayang ng bila bila
proses pembakaran disebut bahan bakar.
o
dibuang dibuang langsung langsung lewat lewat ceobong, ceobong, karena karena
Menu Menuru rutt
panas panas yang yang terkan terkandu dung ng dalam dalam gas gas asap asap
terb terbag agii dala dalam m tiga tiga kelo kelomp mpok ok,, yait yaitu u :
terseb tersebut ut masih masih dapat dapat diman dimanfaa faatka tkan n lagi lagi
bahan bakar padat, bahan bakar cair dan
untuk ntuk
bahan bakar gas.
memanaska skan
dima dimasu suka kan n
keda kedala lam m
udara
seb sebelum lum
tung tungku ku,,
sehi sehigg gga a
2.5.1 2.5.1
klas klasif ifik ikas asin inya ya
baha bahan n
bakar akar
Bahan Bahan Bakar Bakar Padat Padat
efisie efisiensi nsi therm thermis is ketel ketel uap uap masih masih dapat dapat
Bahan bakar padat yang terdapat dibumi
dinaikan
udara
kita ini berasal dari zat-zat organik. Bahan
pembakaran pembakaran sebelum dimasukan kedalam
bakar bakar padat padat menga mengand ndun ung g unsurunsur-un unsur sur
tung tungku ku
kebu kebutu tuha han n
antara lain : Zat arang atau Karbon (C), (C),
panas panas untuk untuk menaika menaikan n tempera temperatur tur udara udara
zat lemas lemas atau atau Nitro Nitrogen gen (N), Hidrogen
dida didala lam m tung tungku ku,, sehi sehing ngga ga api api dida didala lam m
(H), (H), Belerang (S) Belerang (S),, zat asam atau Oksigen
tungku tidak banyak mengalami penurunan
(O) Abu Abu dan dan Air yang yang kesem kesemuan uanya ya itu
tempera temperatur, tur, sehingga sehingga dapat dapat mengur mengurangi angi
terikat dalam satu persenyawaan kimia.
kemu kemung ngkin kinan an api api dida didala lam m tung tungku ku yang yang
2.5.2 2.5.2
tiba tiba-t -tib iba a
lagi.
bera berart rtii
pada padam m
Memanaskan
meng mengur uran angi gi
deng dengan an
Bahan Bahan Bakar Bakar Cair Cair
send sendir irin inya ya..
Baha Bahan n baka bakarr cair cair bera berasa sall dari dari
Manfaat Manfaat lain dengan dengan memana memanaskan skan udara udara
minya minyak k bumi. bumi. Minyak Minyak bumi bumi didap didapat at dari dari
pembakar terlebih dahulu sebelum masuk
dalam dalam tanah tanah dengan dengan jalan jalan mengeb mengeborn ornya ya
kedalam kedalam tungku tungku adalah adalah udara udara yang telah
pada
ladang-ladang
minyak,
dan
memompanya sampai ke atas permukaan
menunjuk menunjukan an tidak cukup udara udara dan bila
bumi, untuk selanjutnya diolah lebih lanjut
gas asap asap berwa berwarn rna a putih putih menu menunju njukan kan
menjadi berbagai jenis minyak bakar.
terl terlal alu u
2.5.3 2.5.3
Bahan Bahan Bakar Bakar Gas Gas
untuk untuk pembaka pembakaran ran yang sempurna sempurna gas
Didalam tanah banyak terkandung
asap berwarna cokelat.
bany banyak akny nya a
udar udara. a.
mengetahui
Seda Sedang ngka kan n
: Gas Bumi (Petro (Petroll Gas) Gas) atau atau serin sering g
Untuk
jumlah
udara
disebut pula dengan gas alam, yang timbul
pembakar pembakar dapat dapat dilihat dilihat pada pada persama persamaan an
pada pada saat saat prose proses s pemb pemben entuk tukan an minyak minyak
sebagai berikut :
bumi bumi,, gas gas tamb tamban ang, g, dan dan gas gas rawa rawa CH 4 (Methane). (Methane) . Seperti halnya dengan minyak bumi, gas alam tersebut diperoleh dengan alan pengeboran dari dalam tanah, baik di dara aratan tan
maup maupu un
terh terha adap
pada ada
lepa lepas s
loka okasi-l si-lo okasi kasi
yang yang
pantai ntai
menjadi CO2, menurut Persamaan C + O2 = CO2
Pembakaran
kimia antara bahan bakar dengan oksigen, untu untuk k
mela melaku kuka kan n
pers persen enya yawa waan an
tersebut tersebut diperluka diperlukan n suhu. suhu. Pada peristiwa peristiwa pembakar pembakaran, an, proses proses yang terjadi terjadi adalah adalah
2 H + O + O 2 = 2H = 2H 2 2 O S + O + O 2 = SO2
32 12
kg O2 =
44 12
kg CO2
1 kg C + 2,67 kg O2 = 3,67 kg CO2
Hidrogen(H) Hidrogen(H) terbakar terbakar sempurna sempurna
menjadi H2O, menurut Persamaan 4 H + O2 = 2 H2O
(2.1)
1 kg H +
(2.2)
[1]
(2.5)
32 4
kg O =
2 x 18 4
kg H2O
(2.3)
Dikatakan pembakaran sempurna apabila campuran campuran bahan bakar bakar dan oksigen oksigen (dari (dari udara udara))
memp mempun unyai yai perb perband anding ingan an yang yang
tepa tepat, t,
sehi sehing ngga ga
tida tidak k
(2.4)
4 kg H + 32 kg O = 2 x 18 kg H 2O
oksidasi dengan reaksi. C + O + O2 = CO2
[1]
12 kg C + 32 kg O 2 = 44 kg CO2 1 kg C +
Pembakar Pembakaran an ialah ialah persenya persenyawaan waan
dan dan
Karbon (C) (C) terbakar terbakar sempurna sempurna
did diduga uga
terdapat kandungan gas alam. 2.6
dipe dipero role leh h
sisa sisa..
Apabila oksigen terlalui banyak maka
1 kg H + 8 kg O = 9 kg H 2O
Belerang (S) terbakar terbakar sempurna sempurna
menjadi SO 2, menurut persamaan S + O2 = SO2
[1]
(2.6)
32 kg S + 32 kg O 2 = 64 kg SO2
dikatakan campuran kurus, dan bila bahan bakarn bakarnya ya terlal terlalu u banya banyak k (oksi (oksigen gen tidak tidak
1 kg S + 1 kg O 2 = 2 kg SO2
cukup) maka dikatakan dengan campuran
Disamping itu diketehui pula 1 kg udara
kaya
meng mengan andu dung ng 0,23 0,231 1 kg O 2, sehi sehing ngga ga
(rich). (rich).
menga ngakib kibatkan tkan
Sehingga tid tidak
dapat
sem sempurnanya nya
pemba pembakar karan an.. Bila Bila gas gas asap asap yang yang kelua keluar r dari dari cero cerobo bong ng bera berasa sap p hita hitam, m, hal hal
ini ini
kebutuhan udara dapat dihitung
[1]
2.6.1 2.6.1
Pembakar Pembakaran an Bahan Bahan Bakar Bakar Padat Padat
2.6.3
Pembaka Pembakaran ran Bahan Bahan Bakar Bakar Gas
Pada Pada pemb pembaka akaran ran baha bahan n bakar bakar
Pemba Pembakar karan an bahan bahan bakar bakar yang yang
padat padat mula-m mula-mula ula akan akan membe membentu ntuk k gas gas
berupa gas yang hampir keseluruhannya
atau atau yang yang biasa biasa diseb disebut ut menge mengega gas s (Ont
terdiri terdiri dari dari karbon karbon dan hidroge hidrogen n dimulai dimulai
Gassing), Gassing) ,
berl berlan angs gsun ungn gnya ya
denga dengan n meng mengur uraik aikan an gas-g gas-gas, as, hingg hingga a
distilasi distilasi kering kering kemudian kemudian mengaki mengakibatka batkan n
menghasilkan CO dan H 2 2 apabila oksigen
terur terurain ainya ya gas-g gas-gas as terseb tersebut ut lebih lebih lanju lanjutt
menc mencuk ukup upi. i.
menjadi CO 2 dan H dan H 2 Gas) dan akan 2 (Water Gas) dan
berlang berlangsung sung didalam didalam kerucut kerucut bunga bunga api
terbakar
pada pada
wakt waktu u
[1]
Peng Pengur urai aian an
gasgas-ga gas s
ini ini
. Selanjutnya arang atau kokas
yang paling dalam, pada temperatur yang
yang tertinggal (yang semuanya terdiri dari
lebih lebih rend rendah ah dari dari pada pada tempe temperat ratur ur bila bila
karb karbon on)) akan akan meng mengua uap p atau atau subl sublim imas asii
pembakaran
terlebih terlebih dahulu, dahulu, kemudian kemudian akan terbakar terbakar
sepenuhnya. sepenuhnya. Pembakaran Pembakaran CO dan H 2 2
menjadi CO2 apabila apabila oksigen oksigen mencuku mencukupi. pi.
yang yang terbe terbentu ntuk k dilaku dilakukan kan oleh oleh oksige oksigen n
Udara pembakar yang diperbolehkan untuk
dar dari
meng mengeg egas aska kan n
disekeliling bunga api, akan berlangsung
dise disebu butt
udar udara a
prim primer er,,
uda udara
telah
skun kunder
yan yang
pada pada
menjadi
lapisan lapisan yang tipis yang tidak bercaha bercahaya ya
deng dengan an
udar udara a
skunder.
yang yang
mengalir lir
sedang sedangkan kan udara udara untuk untuk memba membakar kar CO CO2 dise disebu butt
temp temper erat atur ur
berlangsung
ting tinggi gi,,
pada pada
dari bunga api yang berlangsung sangat cepat, bila oksigen mencukupinya.
2.6.2 2.6.2
Pembakar Pembakaran an Bahan Bahan Bakar Bakar Cair Sebelum
pembakar karan
yang
2.7 2.7
Perp Perpin inda daha han n Pana Panas s Kete Ketell Uap Uap
sebena sebenarn rnya ya berla berlang ngsun sung g maka maka terleb terlebih ih
Pana Panas s yang yang diha dihasi silk lkan an kare karena na
dahulu bahan bakar cair tersebut diuapkan
pemb pembak akar aran an baha bahan n baka bakarr dan dan udar udara, a,
dan diuraika diuraikan n menjadi menjadi gas-gas gas-gas
[1]
. Bahan
yang berupa api (yang menyala) dan gas
baka bakarr cair cair pada pada umum umumny nya, a, terd terdir irii dari dari
asap (yang (yang tidak tidak menyala) menyala) dipinda dipindahkan hkan
karbon (85-87)% dan hidrogen hidrogen (12-15)%
kepa kepada da air, air, uap uap dan udar udara, a, mela melalu luii
ditambah sedikit O2 , N 2 2 , dan S2 . dalam hal
bida bidan ng
ini karena kandungan hidrogen yang cukup
surface), surface), pada pada suatu suatu instal instalasi asi ketel ketel uap uap
tinggi, maka pada saat penguraian dengan
dengan tiga cara, yaitu antara lain :
temperatur yang cukup tinggi, karbon dan
a)
hidr hidrog ogen en lama lama masi masih h
Pancaran (Radiasi)
terikat.
Dengan
pemb pembak akar aran an
baha bahan n
dala dalam m
kead keadaa aan n
demikian baka bakarr
cair cair
pada dapa dapatt
yan yang
dipa ipanaska skan (heating
Perpindahan
Per Perpin pindaha ahan pancaran
atau
Panas
Secara
pana anas
seca secara ra
Radiasi adalah
dicap dicapai ai bentu bentuk k bung bunga a api api yang yang hamp hampirir-
perpind perpindahan ahan panas panas antara antara suatu benda benda
hamp hampir ir semp sempur urna na sepe sepert rtii haln halnya ya pada pada
terhadap benda lain dengan jalan melalui
pembakaran bahan bakar gas.
gelombang-gelombang elektromagnetic tanp tanpa a terg ergantun tung kep kepada
ada ada ata atau
tidaknya media maupun zat diantara benda
q
yang
panas
menyentuh dinding ketel maka panasnya
adal adalah ah
dibagikan sebagian, yaitu q1 Joule pada
panas yang dipancarkan dari suatu media
dinding ketel, selebihnya q2 = q - q1 Joule
panas ke media yang dingin dan besarnya
dibawanya dibawanya pergi. pergi. Bila gerakan gerakan-ger -gerakan akan
tergantung
perbedaan
molekul molekul yang yang melayang melayang-lay -layang ang tersebut tersebut
temperatur, dan warna media yang
disebabkan kerena perbedaan perbedaan temperatur temperatur
menerima ters terseb ebut ut..
pancaran
Pana Panas s
radi radias asii
pada
Jou Joule. le. Pad Pada a
panas panas pada pada radiasi bertamba bertambah h dengan dengan
perpind perpindahan ahan panasny panasnya a disebut disebut dengan dengan
naiknya
ini
konveksi konveksi bebas bebas (Free Convection) atau
berga bergantu ntung ng dari dari beber beberap apa a faktor faktor namu namun n
konveksi konveksi alamiah alamiah (Natural (Natural Convectio Convection) n)..
yang
luas
Apabila gerakan-gerakan gerakan-gerakan dari molekul
terk terken ena a
terseb tersebut ut sebaga sebagaii akiba akibatt dari dari kekuat kekuatan an
paling
permu permukaa kaan n
terutama
hal
adalah
pipa pipa (tube) yang yang
sendiri,
flui fluida da
didalam
dapur,
itu
mole moleku kull
mener menerima ima pana panas s terseb tersebut. ut. Penye Penyerap rapan an
temperatur
fluida
saat saat
maka
pancaran panas.
mekanis (karena dipompa atau dihembus
Adapun banyaknya panas yang diterima
dengan fan) fan ) maka perpindahan panasnya
secara pancaran atau Q berdasarkan dari
disebut disebut dengan dengan konveksi konveksi paksa paksa (Forced
rumus rumus Stephan-Boltzman adalah Stephan-Boltzman adalah sebesar :
Convection).
4
4
Q = C z z . F . . [(Tapi : 100) – (Tbenda : 100) ] [1]
kJ / jam
(2.7)
Dimana, C z z :
Kons Konsta tant nta a panc pancar aran an dari dari Stephan-
Boltzman yang Boltzman yang dinyatakan dalam 2
kJ/m . Jam . K4. K4 . 2
Bila C z z dinyatakan dalam Watt/m . 4
K
maka maka harg harga a Qp dinyata dinyatakan kan dalam dalam Watt
F : F :
Luas
Cara Aliran (Konveksi) Aliran (Konveksi)
[1]
bidang
yang
dipanasi,
[1]
Jumlah panas yang diserahkan secara aliran aliran (Konveksi) adalah: (Konveksi) adalah:
3
dinyatakan dalam m dalam m . T :
Gambar 2.4 Perpindahan Panas Dengan
Temperatur dalam Kelvin.
Qk = α . F . F . (T . (T api ) kJ/Jam api - T dinding dinding
[1]
(2.8)
Dimana, b)
Perp Perpin inda daha han n Pana Panas s Seca Secara ra Alir Aliran an
α
:
Ang Angka pe peralih lihan pa panas dar dari api api 2
Perpinda Perpindahan han panas panas secara secara aliran aliran atau konveksi konveksi adalah adalah perpind perpindahan ahan panas panas yang dilakukan oleh molekul-molekul suatu fluida fluida (cair (cair ataupun ataupun gas) molekul-m molekul-molek olekul ul fluida
tersebut
dalam
gerakannya
membawa sejumlah panas masing-masing
ke dinding ketel dinyatakan dalam kJ/m . Jam . K Bila
α
2
dinyatakan dinyatakan dalam dalam kJ/m .
Jam . K K maka, Qk dinyataka dinyatakan n dalam dalam kJ /Jam
Sedangkan bila
dinyatakan dalam Watt /
α
2
m . K, maka Q maka Q k dinyatakan
dalam
T d2 d2 : Luas
bidang
yang
dipanasi,
3
(ºK). (ºK).
T :
Temperatur dalam Kelvin.
2.8 2.8
c)
Perpindahan
Secara
Rambatan (Konduksi)
Temp Temper erat atu ur dind dindin ing g kete ketell yang yang
berba berbatas tasan an deng denga a air, air, uap atau atau udar udara a
diyatakan dalam m dalam m .
Panas
Temp Temper erat atu ur dind dindin ing g kete ketell yang yang
berbatasan dengan api (ºK)
Watt. F : F :
T d1 d1 :
Nila Nilaii Pemb Pembak akar aran an Nila Nilaii
pemb embakar akara an
biasa asanya
dinyatakan dalam istilah nilai pembakaran
Perpindahan
panas
secara
tinggi atau Highest Heating Value (HHV)
rambatan
atau
konduksi
adalah
dan nilai pembakaran rendah atau Lowest
perp perpin inda daha han n
pana panas s
dari dari suat suatu u
bagi bagian an
Heating Value (LHV).
bend benda a pada padatt ke bagi bagian an bend benda a lain lain dari dari
a)
benda padat yang sama, atau dari benda
Highest Heating Value (HHV)
padat yang satu ke benda padat yang lain kare karena na
terj terjad adin inya ya
pers persin ingg ggun unga gan n
fisi fisik k
Nila Nilaii pemb pembak akar aran an ting tinggi gi atau atau
Jumlah panas yang diperoleh dari hasil pembakaran sempurna disetiap 1 kg
(menempel), tanpa terjadinya perpindahan
bahan
mole moleku kull-mo mole leku kull
pembakarannya didinginkan sampai pada
dari dari
bend benda a
pada padatt
itu itu
sendiri. (QR
melalui dinding ketel adalah sebesar :
yang yang diha dihasi silk lkan an dise disebu butt deng dengan an
yang terbentuk dari
x F (T d1 d1 – T d2 d2 S
penge pengembu mbuna nanny nnya a
[1]
(2.9)
turut turut dihitu dihitung ng serta serta
dinilai dinilai sebagai sebagai panas panas pembaka pembakaran ran yang
b)
Apabila λ dinyatakan dalam Watt /
x K , maka QR dinya dinyataka takan n dalam dalam
pemb pembak akar aran an
uap
air
yang
terbentuk
dari
hasil sil
pembakaran tidak perlu dicairkan terlebih dahulu, sehingg panas pengembunannya
Watt. dinding
ketel
dinyatakan
tida tidak k ikut ikut sert serta a untu untuk k dipe diperh rhit itun ungk gkan an sebagai panas pembakaran bahan bakar
dalam meter dalam meter (m) Luas
nila nilaii
rendah atau Lowest atau Lowest Heating Value, Value , (LHV)
. K , maka Q maka QR dinyatakan dalam kJ/Jam dalam kJ/Jam
Tebal
Nila Nilaii pemb pembak akar aran an rend rendah ah atau atau
Seda Sedang ngka kan n
Bila λ dinyatakan dalam kJ/m. Jam
F : F :
hasil
Lowest Heating Value (LHV)
Jam x Jam x K
S:
nila nilaii
Angka Angka peranb peranbatan atan panas panas didalam didalam
dindin dinding g ketel ketel dinyat dinyataka akan n dalam dalam kJ/m x
2
dari
terbentuk.
Dimana,
m
hasil
kalori kalori tinggi. tinggi. Dalam hal ini adalah uap air
kJ / Jam
λ:
kemudian
tempe tempera ratur tur kamar, kamar, maka maka jumlah jumlah pana panas s
Juml Jumlah ah pana panas s yang yang dira diramb mbat atka kan n
QR =
bakar
dinding
merambatkan merambatkan panas.
ketel
yang
tersebut.
Untu Untuk k pemb pembak akar aran an cair cair dan dan gas gas dapa dapatt
Tebal Tebal Pipa Api :3 mm
dihitung dengan menggunakan menggunakan persamaan persamaan
Luas Total Bidang Pemanas: 2
24,9 m HHV = = 33915 C 33915 C + + 144033 (H (H – O/8 ) + 10468 S 10468 S (kJ/kg)
[1]
Panjang Ketel Uap Total :
(2.10)
2145 mm Tinggi Ketel Uap Keseluruhan: Keseluruhan:
LHV LHV = 33915 C 33915 C + + 121423 (H ( H – O/8 ) ) +
3205 mm.
10468 S 10468 S – – 2512 (W (W +9xO +9xO/8) (kJ/kg) (kJ/kg) (2.11)
3.2 3.2
Kebu Kebutu tuha han n Pana Panas, s, Pana Panas s
Penguapan, dan Pengertian Entalpi Sedangkan untuk bahan bakar padat dapat dihitung dengan menggunakan menggunakan persamaan persamaan
HHV = = 33823 x C x C + + 144206 x (H ( H 2 2 – O2 / 8) + 9419 x S x S (kJ/kg)
[1]
(2.12)
LHV = HHV = HHV – (9 – (9 H H 2 2 x 586) (kJ/kg)
[1]
(2.13)
III. Ketel Uap 3.1 Spesifikasi Ketel Pipa Api
Gambar 3.1 Sebuah Bejana yang
(Loos Basuki Boiler)
Didalamnya Terdapat 1 kg air dan uap
[1]
Ketel Uap : Loos Basuki Boiler
Tahu Tahun n Pemb Pembua uata tan n:
Supllier : PT. Reka Boiler Utama.
berisi 1 kg air dan uap, kemudian
Kapasitas Uap : 6000 kg / jam
dipa dipan naska skan.
Tekanan Operasi : 7 kg / cm
Tekanan Tekanan Maksimal Maksimal : 10 kg / cm
diberi pemberat pemberat (G) kg diatas diatas torak torak (P).
Bahan Bahan Bakar Bakar : Solar Solar
Apabila tekanan uap dalam bejana naik
Panjang Ketel Uap : 3250 mm
melebihi (P, (P, kg/c kg/cm m ), maka maka uap uap akan akan
Diameter Drum Dalam Ketel :
kelu keluar ar mela melalu luii
2050 mm
dihasilka dihasilkan n adalah adalah uap jenuh jenuh karena karena uap
1993 1993
Didalam gambar tersebut sebuah bejana
Tekan kanan
air
dan
uap 2
2
tersebut konstan sebesar (P, sebesar (P, kg/cm ) dan 2
2
luba lubang ng
E .
Uap
yang
Panjan Panjang g Silind Silinder er Api :
2700 2700 mm
dala dalam m kead keadaa aan n seim seimba bang ng deng dengan an air air
Diameter Diameter Silinder Silinder Api : 1000 1000 mm
sehingga sehingga jumlah jumlah panas panas yang dibutuhka dibutuhkan n
Jumlah Pipa : 186 Pipa Api
sebanyak Q 1 kJ/kg air kJ/kg air dan uap.
Tebal Badan Ketel Uap :14 mm
Tebal Plat Tungku : 16 mm
Diameter Diameter Luar Luar Pipa Api : 68 mm
Q1 = Panas jenis air x air x (T 1-T 0 0
[1]
(3.1)
= kJ / kg air air dan uap. Dimana, [1]
panas jenis air = 4,187 kJ / kg x ºC .
Panas Panas peng penguap uapan an adala adalah h jumlah jumlah pana panas s yang yang
diny dinyat atak akan an
dala dalam m (kJ/kg) yang
Mema Memana nask skan an 1 kg air dari dari 0 ºC menjadi
uap
jenuh
pada
dibutu dibutuhka hkan n untuk untuk mema memana naska skan n 1 kg air
temperatur T dk dan tekanan tekanan,, P dk dan
menjadi uap pada temperatur mendidihnya
(kg/cm ) kg/cm sebesar sebesar I” kJ/kg
2
2
2
(T d ºC) dan bertekanan (P, kg/cm ). ). Jika air dºC) dan
menjadi :
dalam dalam bejana bejana dipanas dipanaskan kan terus-me terus-meneru nerus s
I” = Wd = Wd + r + r
maka, ka,
Dimana, I” = =
uap
dalam
bejana
akan
naik
temp temper erat atur urny nya a dan dan uap uap jenu jenuh h ters terseb ebut ut berubah menjadi uap panas lanjut.
Jum Jumlah lah
panas
menjad menjadii uap panas panas lanju lanjutt pada pada
dibutuhka dibutuhkan n untuk untuk menguba mengubah h 1 kg
temperatur T temperatur T u (ºC) dan (ºC) dan tekanan P
uap
(kg/cm ) sebesar ) sebesar I’ I’ (kJ/kg) adalah (kJ/kg) adalah
2
kg/cm
pada
tekanan
2
( P 1
dan dan temper temperatu aturr ( T d1 ºC, d1
I’ = I” – Cp (T u - T d + Cp d ) = Wd + r + Cp
menjadi menjadi uap panas panas lanjut lanjut dengan dengan tekanan
2
(P 1 )
kg/cm
(T u - T d d
dan [1]
dari persamaan sebagai berikut [1]
(3.4)
Entalpi Entalpi uap panas panas lanjut lanjut (kJ/kg),
:
yaitu banyaknya banyaknya panas yang
Qu1 = 1 x Cp x Cp x (T (T u1 u1 – T d1 d1 ) kJ / kg
[1]
Dimana, I’ =
temperatur (T u1 u1 ) ºC , dapat dihitung
dibutuhkan untuk mengubah 1 kg (3.2)
air pada pada tempe temperat ratur ur 0 ºC untuk untuk
Dimana ; Cp ; Cp = Panas jenis uap
menjad menjadii uap panas panas lanju lanjutt pada pada
pada tekanan konstan (P 1, kJ/kg). 1, kJ/kg).
temperatur temperatur (Tu) (Tu) ºC ºC dan tekanan tekanan
T u1 Temperatur uap panas panas lanjut u1 = Temperatur
(P) kg/cm .
(ºC)
2
T d1 d1 = Temperatur air mendidih (ºC) 2
Mema Memana nask skan an 1 kg air dari dari 0 ºC
yang
jenuh
(3.3)
Entalpi uap jenuh (kJ/kg). jenuh (kJ/kg).
(Qu1
[1]
Jumlah Kebutuhan Kebutuhan Panas Panas (Q) (Q) Banyaknya
panas
pada tekanan (P ( P 1, kg/cm ).
dibu dibutu tuhk hkan an
Dengan demikian seluruh jumlah
pada ketel uap, biasanya
panas untuk :
dinyatakan dalam satuan (kJ/kg) ( kJ/kg),,
Mema Memana nask ska an 1 kg air air dari ari 0 ºC
biasanyamenggunakan
deng dengan an
persamaan sebagai berikut :
temper temperatu atur r
(T dk ) dk
dan
2
untu untuk k
yang
tekanan, (P) kg/cm adalah sebesar
Q = S = S x x ( ( ∆IK + ∆ + ∆ IR
W d Dimana, W d d (kJ/kg). Dimana, d = Entalpi
(kJ/Jam)
air
Dimana,
mendi endid dih (kJ/kg), yaitu
pema pemana nasa san n
[2]
(3.5)
banyaknya panas yang dibutuhkan
S = Produksi uap
oleh 1 kg air pada temperatur 0 ºC
P = = Tekanan kerja ketel uap
untu untuk k dija dijadi dika kan n air air
t u = Temperatur uap keluar ketel
mend mendid idih ih
pada temperatur (T dk dk dan tekanan 2
(P) kg/cm .
ta = ta = Temperatur air masuk ekonomiser.
∆IK = Entalpi uap keluar ketel – Entalpi air
Efisiensi Ketel Uap ( ηk )
masuk Ekonomiser masuk Ekonomiser
Pada Pada insta instalas lasii ketel ketel uap uap terdir terdirii
∆IR = Entalpi uap keluar keluar reheater – reheater – Entalpi uap masuk reheater. masuk reheater.
yan yang
diha ihasilk silka an
oleh
kete ketell
uap
terha terhada dap p luas luas bidan bidang g yang yang dipan dipanask askan an.. Dapat dilihat dari persamaan :
S
Le = Le =
pada ada
uap
air
mula mulan nya
yang ber bera asal sal
sede sederh rhan ana a
efis efisie iens nsii
dapa dapatt
dije dijela lask skan an
sebagai sebagai perband perbandinga ingan n energi energi keluaran keluaran dengan energi masukan (input – output). output) . Energi Energi masukan masukan merupaka merupakan n energi energi awal awal
2
(kg uap / m Jam)
F
dari
dari dari energ energii pana panas s bahan bahan bakar. bakar. Secara Secara
Merupakan Merupakan perbandingan perbandingan antara uap
(entalpi)
diha dihasi silk lka an
Beban Ketel Spesifik (Le) Spesifik (Le)
dalam
[2]
(3.6)
pada ketel uap berasal dari energi bahan bakar. bakar. Sedangka Sedangkan n energi energi keluaran keluaran pada pada
Dimana ; F ; F = = 24,9 m 24,9 m
2
ketel uap dinyatak dinyatakan an dengan dengan banyakn banyaknya ya energi
dalam
bentuk
panas
yang
Luas Bidang Bidang yang yang Dipanaskan Dipanaskan (F) (F)
terkan terkandu dung ng oleh oleh uap uap air didala didalam m ketel ketel
Adalah luas bidang ketel uap yang
uap, maka didapat rumus sebagai :
dipanas dipanaskan kan api baik kepada kepada air atau uap. uap. Dapa Dapatt
digu diguna naka kan n
pers persam amaa aan n
ηk =
seba sebaga gaii
(h1 h2)
LHV
(3.9)
100%
berikut : F = =
Q
2 [2]
K x t rata rata
(m )
(3.7)
3.3 3.3
Inst Instal alas asii Te Tena naga ga Uap Uap o
Dimana, ∆ t
rata-rata rata-rata =
Selisih temperatur rata-
rata ata api atau gas asap ter terhad hadap air
=
Angka ngka
perp erpind indahan ahan
panas
2
(kJ/m Jam ºC)
o
Adalah
perbandingan perbandingan
bahan
antara
bakar.
Dinyatakan dalam persamaan :
ketel,
uap
yang
dihasilkan sebesar 6000 kg / Jam dengan operasi
7
kg
/
cm
2
pada
temperatur 180 C menuju mesin Dying . Uap Uap
bekas kas
dari proses ses dying pada
tekanan tekanan 0.004 0.004 Mpa (temperatu (temperaturr 29 men menuju
kon kondenso ensorr.
Air
dari ari
o
C)
pompa
kondensor menuju ke bak pengumpul air,
S
seperti gambar dibawah ini :
Be
(kg uap / kg bahan bakar)
kedalam
o
jumlah uap yang dihasilkan terhadap terhadap pemakaian
masuk
tekanan
Faktor Penguapan Penguapan (Ev) (Ev)
Ev = =
masuk masuk ke pemana pemanas s air pada pada temperat temperatur ur 50 C (209,3 (209,3 kJ/kg) kJ/kg) kemudian kemudian dipompa
maupun uap K
Air pada temperatur temperatur 29 C (121,4 kJ/kg)
[2]
(3.8)
21
9 10
B O I L E R
20
11
12 14
8
7
13 14
6
15
5 19
18
2
16
1
17
4
3 Gambar 3.2 Instalasi Tenaga Uap
Keterangan Gambar :
12. 12.
Uap Uap beka bekas s menu menuju ju ke kond konden enso sor r
1.
Tangki air
13.
Kondensor
2.
Keran air
14. 14.
Kera Keran n pend pendin ingi gin n kond konden enso sor r
3.
Bak air pengumpul
15. 15.
Embu Embun n air air yang yang terk terkum umpu pull
4.
Air Air yang yang dihi dihisa sap p oleh oleh pomp pompa a air air
kondensor
pengisian
16. 16.
Pomp Pompa a air air kond konden ensa satt
5.
Pomp Pompa a air air pengi engisi sian an kete ketell
17. 17.
Air Air dari dari pomp pompa a kond konden ensa satt
6.
Air Air dipo dipomp mpa a masu masuk k keda kedala lam m
18. 18.
Baha Bahan n baka bakarr yang yang dima dimasu suka kan n
pemanas air
kedalam tungku
7.
Pemanas air
19. 19.
Uda Udara pembakar kar
8.
Air Air dipo dipomp mpa a masu masuk k keda kedala lam m kete ketell
20. 20.
Boiller
9.
Uap menuju kemesin Dying
21. 21.
Gas Gas asap asap kelu keluar ar dari dari cero cerobo bong ng
10. 10.
Kera Keran n peng pengu umpul mpul uap uap
11.
Mesin Dying (pengering (pengering uap)
asap
3.4 3.4
Alir Aliran an Gas Gas Pada Pada Kete Ketell Pipa Pipa Api Api
3.5 3.5
Term Termod odin inam amik ika a Kete Ketell Uap Uap
Gas panas panas dari hasil pembakar pembakaran an bahan bahan bakar dan udara didalam ruang bakar akan meng mengal alir ir
sepa sepanj nja ang
sili silind nder er
api
dan dan
memanasi memanasi air disekelil disekeliling ing silinder silinder api. Api atau gas panas dari silinder menuju kamar nyala nyala api api melal melalui ui pipa pipa api api meman memanasi asi air pada pada bagi bagian an muka muka dari dari kete ketell dipa dipasa sang ng ruan ruang g asap asap yang yang meli meling ngku kung ngii selu seluru ruh h ujungujung-uju ujung ng pipa pipa api, api, dimana dimana gas gas asap asap keluar dari pipa-pipa api dapat berkumpul. Gas asap keluar melalui cerobong cerobong asap, asap,
Gambar 3.4 Diagram T-S
ditengah ditengah bagian atas drum drum ketel terdapat terdapat sebuah dom uap (Steram Dome), Dome), disinilah seluruh seluruh uap yang terbentu terbentuk k dikumpul dikumpulkan. kan. Keran pipa tempat untuk pengambilan uap keny kenyan ang g juga juga terd terdap apat at dida didalam lam steam dome dome
[2]
Perhatikan diagram alir berikut ini,
[5]
Keterangan Gambar : A-B:
Pemanasan Pemanasan air pengisi ketel
(Sensibel Kalor)
B-C: B-C:
Perub Perubaha ahan n fase fase air ke fase fase uap
pada temperatur konstan (Kalor Laten)
C-D: C-D:
Uap bere bereksp kspan ansi si dalam dalam
penggunaannya (Proses Dying )
D-A: D-A:
Konden Kondensa sasi si uap uap pada pada tempe temperat ratur ur
konstan dalam kondensor
K:
Titik kritis
Pada Pada umum umumnya nya ketel ketel uap uap yang yang dipaka dipakaii pad pada
dunia
ind industr stri
ter terbata batas s
pada
tempera temperatur tur uap jenuh, jenuh, sedangka sedangkan n ketel ketel uap uap
yang yang dipa dipaka kaii
untu untuk k
pemb pemban angk gkit it
tenaga uap dalam skala besar umumnya menggunakan menggunakan pemanas pemanas lanjut. Gambar 3.3 Diagram Aliran Gas Panas Pada Ketel Pipa Api
[2]
IV
Ana Analis lisa Perhit rhitun ung gan
Tabel 4.3 Komposisi Unsur Kimia
4.1 4.1
Data Data Peng Pengop oper eras asia ian n Baha Bahan n
Didalam Bahan Bakar Yang Digunakan
Loos Basuki Steam Boiler Bakar Loos
(Dalam % Berat)
[4]
Didalam menganalisa perhitunganperhitungan karakteristik ketel uap, proses perh perhit itun unga gann nnya ya
berd berdas asar arka kan n
Komp Kompos osis isii
kepa kepada da
umlah umlah pemakai pemakaian an bahan bahan bakar bakar rata-rata rata-rata
Bera Beratt
Perbandingan
Berat
Dalam
Molekul (kg)
Molekul
%
pengoperasian ketel uap selama 10 jam di
C
86,10
0,861
12
H 2 2
11,90
0,119
2
0, 0,28
0,0028
32
0,20
0,002
28
1, 1,3
0,013
32
PT. Musti Mustika ka Ratu, Ratu, Tbk diman dimana a datadata-da data ta pada pada
pengo pengope pera rasia siann nnya ya terda terdapat pat pada pada
O2
tabel berikut ini :
N 2 2
Tabel 4.1 Data Pengoperasian Bahan S
Bakar Operasi Boiler
Bahan Bakar (kg )
Tekanan Uap 2 (kg/cm )
Uap Yang Dihasilkan (kg/Bb)
7,0
Suhu Air Masuk o ( C) 50
1
415,3
2 3
415,8 417,5
7,0 7,0
50 50
6000 6000
4 5
418,2 416,9
7,0 7,0
48 49
6000 6000
6 7
417,3 417,4
7,0 7,0
50 50
6000 6000
8 9
418,8 418,9
7,0 7,0
50 49
6000 6000
10
417,8
7,0
50
6000
6000
4.2
Diagra Diagram m Alir Alir Perhit Perhitung ungan an Ketel Ketel Uap
Tabel Tabel 4.2 Baha Bahan n Bakar Bakar Untuk Untuk Ketel Ketel Uap (ASTM Standart D-396) Karbon (C) Karbon (C)
S F
[4]
86,10 %
Hidrogen (H Hidrogen (H 2 2 )
11,90 %
Oksigen (O Oksigen (O 2 )
0,28 %
Nitrogen (N Nitrogen (N 2 2
0,20 %
Sulfur (S (S 2 )
1,3 %
Abu (A) Abu (A)
0,02 %
Air (W) (W)
0,2 %
S Be
( h1 h 2) Q Low
X 100 %
Gambar 4.1 Diagram Alir Perhitungan Ketel Uap
4.3 4.3
Nila Nilaii Pemb Pembak akar aran an Baha Bahan n Baka Bakar r
Dimana:
(Heating Value)
S : Produksi uap = 6000 kg/jam
HHV =
P : : Tekanan kerja = 7 = 7 kg/ cm
33915 x x 0,861 + 144033 x
(0,119 -0,0028 / 8) + 10468 + 10468 x x 0,013 0,013
t u : Temperatur uap keluar ketel = o
= 46.426,4 46.426,41 1 kJ/kg LHV =
180 C
33915 x x 0,861 + 121423 x
t a : Temperatur air masuk o
(0,1 (0,119 19 – 0,00 0,0028 28 / 8) + 10468 x x 0,013 0,013 –
ekonomiser = ekonomiser = 50 C
2512 x (0,002 + (0,002 + 9 9 x 0,0028 / 8 )
∆IK : Entalpi uap keluar ketel –
= 43.730,8 43.730,80 0 kJ /kg 4.4
Entalpi air masuk ekonomiser masuk ekonomiser ∆IR : Entalpi uap keluar reheater keluar reheater – –
Nila Nilaii Enta ntalpi lpi ∆IK = I“ – Wd – Wd
2
Entalpi uap masuk reheater masuk reheater
Entalpi Uap (hu ), Entalpi ), Entalpi uap jenuh
∆IK : 2252,89 2252,89 kJ kg
2
(I“) pada pada tekan tekanan an kerja kerja 7 kg/cm
∆I R : 0, (tanpa reheater).
berdasarkan tabel uap jenuh maka didapat
[1]
:
Beban Ketel Spesifik (Le) Spesifik (Le)
I“ = = 2.762 kJ 2.762 kJ /kg Le = Le =
Entalpi Air (ha , pada pada tempe tempera ratur tur Entalpi air air masu masuk k ekonomiser (50 (50 ºC) ºC) deng dengan an
meng menggu guna naka kan n
=
rumu rumus s
S F
6000 kg / jam 24,9 m 2
interpolasi, maka didapat :
2
Le = Le = 240,96 kg 240,96 kg uap / m Jam
Wd = = 192 + (251 - 192) x
2
(kg uap / m Jam)
50 45,8 60,1 45,8
Wd = = 209,11 kJ 209,11 kJ /kg
Faktor Penguapan Penguapan (Ev) Ev = =
Sehingga : ∆IK = I“ – Wd – Wd
=
= 2.762 kJ 2.762 kJ /kg – – 209,11 kJ/kg 209,11 kJ/kg
S Be 6000 kg / jam 417,39 kg bahan bakar
Ev = = 14, 375 kg uap / kg bahan
= 2552,89 kJ 2552,89 kJ /kg
bakar 4.5
Perhit Perhitung unganan-per perhi hitun tunga gan n Karakteristik Ketel Uap
Kebutuhan Kebutuhan Panas (Q) Panas (Q)
ηk =
Q = S x (∆IK + ∆IR) kJ/jam = 6000 kg/jam 6000 kg/jam x x 2252,89 kJ 2252,89 kJ /kg Q = 15.317.340 kJ/jam 15.317.340 kJ/jam
Efisiensi Ketel Uap (η Uap (η k )
=
( h1 h 2)
LHV
100%
14,375 (2.762 209,11) 43.730,80 ηk = 83 %
100%
V
Penutup
[3]
5.1
Kesimpulan Dari Dari hasi hasill
Hutagalung, Boi Boile lerr
Oper Operat ator or
Course, Course , 1992 ; Jakarta. anal analis isa a
perh perhit itun unga gann-
[4]. [4].
Djokos Djokosety etyard ardjo jo,, MJ. Pemb Pembah ahasa asan n
perhit perhitun unga gan n yang yang telah telah dilaku dilakukan kan pada pada
Lanjut Ketel Uap, 1990, Pradnya
karakteristik ketel pipa api tipe Loos Basuki
Paramitha ; Jakarta.
yang yang terd terdap apat at di Pt. Pt. Must Mustik ika a Ratu Ratu Tbk, Tbk, maka dapat di simpulkan sebagai berikut :
dari karakteristik ketel uap sebagai efek efek pema pemaka kaia ian n baha bahan n
baka bakarr terh terhad adap ap kerj kerja a kete ketell uap. uap. Hasi Hasill
yang yang
dita ditamp mpil ilka kan n
beru berupa pa
kond kondis isii oper operas asi, i, yait yaitu u : teka tekana nan n kerja kerja,, uap yang yang dihasi dihasilka lkan, n, luas luas pema pemana nas, s, beba beban n kete ketell spes spesif ifik ik,, dan efisiensi ketel uap. 2. pada pada sist sistem em kete ketell uap uap pipa pipa api, api, gas
panas
hasil sil
pembak bakara aran
baha bahan n baka bakarr pada pada ruan ruang g baka bakar r digun digunaka akan n untuk untuk mema memana nasi si air, air, lalu lalu gas gas pana panas s meng mengali alirr melal melalui ui pipa-p pipa-pipa ipa yang yang dibag dibagian ian luarn luarnya ya terdapat air. 3.
berdasar berdasarkan kan perhitung perhitungan an efisiensi efisiensi terhada terhadap p ketel ketel uap dengan dengan bahan bahan bakar bakar solar solar yang yang terda terdapa patt di PT. Mustika
Ratu
peng pengope opera rasia sian n
Tbk,
untuk
tiap-t tiap-tiap iap
jamnya jamnya
adalah 83 %.
DAFTAR PUSTAKA [1]. [1].
Djo Djokose kosety tya ardjo, jo, MJ. Ket Ketel Uap Uap, 1987,
Pradnya
Paramitha
;
Jakarta. [2]. [2].
Kard Kardjo jono no,, Kete Ketell Uap Uap dan dan Sist Sistem em Tenaga Uap ; Cepu.
Frit Fritz z Diet Dietze zel, l, Turb Turbin in,, Pomp Pompa a dan dan Kompresor, 1996 ; Jakarta.
1. Seca Secara ra gari garis s besa besarr perh perhit itun unga gan n
meli meliha hatt
[5] [5]
