ANALISIS SCALING KETEL UAP PIPA API DI INDUSTRI TEKSTILCIREBON

Transkripsi

1 ANALISIS SCALING KETEL UAP PIPA API DI INDUSTRI TEKSTILCIREBON JURNAL TEKNIK MESIN Oleh W. Djoko Yudisworo ABSTRAK Penelitian terhadap unjuk kerja Ketel uap (Boiler stea Pipa Api di sebuah Industri Jaring berawal dari perasalahan tibulnya cleaning interval yang berlangsung setiap dua kali dala setahun. Penelitian diawali dengan pencatatan data operasional instalasi ketel uap terpasang di Industri jaring selaa ena bulan.melalui analisa perhitungan didapatkan adanya penurunan panas yang diteria oleh fluida dingin sebesar,881 kw sapai pada,995 kw pada akhir pengujian 174 ja. Selain itu deposit pertubuhan kerak (fouling yang terjadi pada 1176 ja dengan harga faktor pengotor K/W. Penurunan kinerja pada ketel uap dapat beriplikasi pada proses produksi aupun pada peningkatan biaya produksi. Penurunan ketel uap biasanya ditandai dengan tingginya suhu cerobong dan penurunan perpindahan panas yang akan diteria oleh fluida air di dala pipa/ tube. Indikasi lain adalah penurunan efektifitas ketel uap pipa api. Dengan epelajari faktor-faktor yang berpengaruh terhadap unjuk kerja ketel uap ini salah satunya dengan engetahui interval cleaning yang di sebabkan oleh faktor pengotor (Fouling. Dengan eperpanjang asa interval cleaning sehingga akan engheat biaya produksi dan proses produksi akan berlangsung dengan baik. Kata kunci : Ketel Uap Pipa Api, Faktor Pengotor, Interval Cleaning 1.Pendahuluan Penelitian ini dilakukan dari asalah industri,sehingga terotivasi untuk di cari solusi. yaitu asalah yang dihadapi oleh instalasi industri pebuatan jaring, khususnya pada alat ketel uap pipa api. Perasalahan utaa yang dihadapi oleh instalasi ketel uap tersebut adalah lebih sering engalai aintenance untuk cleaning daripada seharusnya.menurut spesifikasi alat tersebut seharusnya cleaning dilakukan satu kali pertahun.naun dala praktik pengoperasiannya cleaning rata rata dilakukan dua kali pertahun. Hal tersebut tentunya enyebabkan biaya aintenance alat tersebut enjadi tinggi sekali, yaitu dua kali lipat dari seestinya. Pada saat yang bersaaan, seringnya aintenance engakibatkan proses produksi yang terganggu sehingga berdapak kerugian yang lebih besar. Latar belakang Perasalahan yang di hadapi didala ketel uap pipa ini adalah sebagai berikut : 1. Unjuk kerja ketel uap ini cepat turun 2. Dengan turun unjuk kerja ketel inilah engakibatkan terganggunya proses produksi. 92

2 Dengan perasalahan diatas sehingga perlu diteliti bila tidak ditanggulangi perasalahan di atas akan enibulkan dapak dapak sebagai berikut : 1. Biaya operasional tinggi 2. Biaya perawatan yang besar (Cost aintenance yang besar. Faktor yang enyebabkan asalah tersebut diantaranya adalah tingkat operasional faktor yang berkaitan dengan instalasi operasi ketel uap pipa api seperti air isian ketel dan bahan bakar. Batasan Penelitian Penelitian ini akan dilakukan dengan tahapan sebagai berikut : a. Pada tahap pertaa akan dilakukan pengukuran, selaa jangka waktu pengoperasian tertentu setelah alat engalai aintenance untuk cleaning, tingkat keadaan aliran kedua fliuda kerja yang engalir didala alat ketel uap pipa api yaitu teperatur asuk dan keluar alat tersebut serta laju alirannya. Data data yang diperoleh akan dipergunakan untuk elakukan evaluasi tingkat kinerja alat tersebut selaa kurun waktu tertentu, sehingga dapat dipelajari engapa alat tersebut harus engalai cleaning rata rata dua kali pertahun. b. Pada tahap kedua, data data pengukuran yang diperoleh akan dipergunakan elakukan evaluasi kinerja ketel uap pipa api setelah di operasikan dala jangka waktu tertentu. Paraeter paraeter perforance yang dievaluasi eliputi: laju aliran panas yang dilepas oleh aliran gas panas, laju aliran panas yang di teria oleh aliran air, efektifitas perpindahan panas, koefisien perpindahan panas global, dan tahanan teral pengotoran perukaan.anfaat yang diperoleh adalah dapat dilakukan perbandingan kondisi pengoperasian alat yang enjadi objek studi terhadap kondisi awalnya. Selain itu, data hasil rangkaian pengukuran yang diperoleh tersebut akan beranfaat sebagai asukan data, terutaa data faktor pengotorannya. c. Ketiga, akan dilakukan input data pengoperasian ketel uap kaitannya dengan penurunan kinerja ketel uap yang disebabkan oleh fouling,sehingga diharapkan data tersebut akan enjadi beranfaat kaitannya dengan operasian dan perawatan instalasi ketel uap. 2.Teori Penunjang Boiler adalah suatu kobinasi antara siste peralatan yang dipakai untuk terjadinya perpindahan panas radiasi dan konveksi energi teral gas gas hasil pebakaran ke fluida kerja yaitu air. besarnya laju perpindahan energi panas pada saat kondisi awal atau saat bersih atau setelah dilakukan aintenance (tidak ada faktor pengotor dan seberapa besar efektifitasnya,berapa besar laju perpindahan panas pada saat tertentu atau pada interwal waktu tertentu sebagai akibat dari pengaruh faktor pengotor (fouling factor dan berapa besar efektifitasnya,sehingga dengan data tadi dapat di jadikan dasar untuk eprediksi waktu kapan terjadi efektifitas ketel uap yang iniu, interval waktu inilah yang akan di jadikan acuan untuk di jadikan patokan waktu, kapan di lakukan aintenance ketel uap. dengan adanya interval waktu itu, di harapkan bisa di schedule - kan untuk aintenance ketel uap dengan tidak engangu kegiatan produksi. 3.Diensi Dasar Perhitungan Alat Penukar Kalor 3.1. Diensi Utaa Alat Penukar Kalor Diensi utaa alat penukar kalor atau julah tubes yang diperlukan dapat diestiasikan elalui besarnya luas perukaan perpindahan panas yang harus tersedia di dala APK. Besarnya paraeter tersebut tergantung kepada : 93

3 a. Beban teral atau laju pertukaran energi panas di dala APK. b. Beda teperatur rata rata di antara kedua fluida yang engalir di dala APK c. Koefisien perpindahan panas global atau enyeluruh di dala APK. Hubungan fungsional diantara ketiga paraeter tersebut di atas dapat dinyatakan dengan persaaan : [1] [2] 3.2. Beban Teral atau Laju Pertukaran Energi Panas didala APK Beban teral atau laju perpindahan energi panas didala alat penukar kalor, apabila APK dianggap adiabatik, besarnya saa dengan laju energi panas yang dilepaskan oleh aliran fluida panas, Q h atau saa dengan laju energi panas yang diteria oleh aliran fluida pendingin Q c yang ana ; [3] 3.3.Koefisien Global Perpindahan Panas di dala APK Koefisien global perpindahan panas bagi kedua aliran fluida di dala alat penukar kalor, Udapat diestiasikan enggunakan persaaan : = = = [4 ] Di sini A adalah luas perukaan reference, harganya dapat dipilih saa dengan A 1 atau A o. Pada uunya A didasarkan pada luas perukaan luar pipa, A o sehingga ; [5] atau = = [6] 3.4.KoefisienPerpindahan Panas Konveksi Aliran Fluida di Luar Pipa Koefisien perpindahan panas fluida yang engalir diperukaan luar pipa, h o dapat diestiasikan besarnya elalui persaaan laju perpindahan panas konveksi antara aliran fluida dengan perukaan luar pipa : Q o = h o.a o ( T h - T wo [7] Pada persaaan di atas T wo dapat dievaluasi dengan enggunakan persaaan laju perpindahan panas konduksi secara radial dari perukaan luar pipa ke perukaan dala pipa: Q k = ( T wo T wi [8] Seentara itu, T wi dapat diperoleh dari persaaan laju perpindahan panas konveksi antara perukaan dala pipa dengan aliran fluida di dala pipa : Q i = h i. A i (T wi T o [9] 3.5.Tahanan Teral Pengotoran Perukaan Perpindahan Panas didala APK Setelah beberapa laa APK dioperasikan aka akan terbentuk lapisan pengotoran atau fouling pada perukaan perpindahan panasnya.deposit yang terbentuk uunya epunyai konduktivitas teral yang cukup rendah sehingga akan enyebabkan turunnya laju pertukaran energi panas didala APK. Pengotoran pada alat penukar kalor adalah suatu lapisan deposit yang terbentuk pada perukaan alat penukar kalor yang bersentuhan dengan fluida, faktor pengotor tersebut adalah partikel partikel asing yang terbawa oleh aliran fluida, keudian partikel partikel tersebut tersangkut/ enepel pada perukaan alat penukar kalor yang bersentuhan dengan fluida, keudian pada interval waktu tertentu akan terbentuk suatu lapisan pada perukaan tersebut. Laju pertubuhan deposit dapat di nyatakan dala persaaan berikut : = [1] yang ana Ød = h - ( Cp c - Cp w Ør [11] Ør = [12] 94

4 Hasil Analisa Penelitian 4.1. Perhitungan Kalor Dilepas Aliran Gas Besar kalor yang dilepas aliran gas dapat dievaluasi dengan persaaan yaitu: Q h = h. C ph. (T hi - T ho Tabel 4.1. Kalor yang dilepas aliran gas No Waktu (h ja T hi gas ( C T ho gas ( C gas kg/s Q h kw Karakteristik Kalor dilepas oleh aliran gas Tabel 4.2.Kalor yang diteria fluida air No Waktu h (ja T ci air ( C T co air ( C air kg /s Q c kw Karakteristik kalor yang diteria aliran fluida air Qh ( W 1 15 Qc (W Perhitungan Kalor Diteria Aliran Air Dengan kalor yang diteria aliran air dapat dievaluasi dengan persaaan yaitu: Q c = c. C pc. (T ci - T co 95

5 Efektifitas Ketel Uap Pipa Api Efektifitas ketel uap dapat dievaluasi dengan enggunakan persaaan yaitu: = Tabel 4.4 efektifitas perpindahan panas No h Qc aktual kw Qaks kw Grafik Efektifitas 1,9,8 Є,7,6,5 Є = + R f Beda teperatur rata rata logaritik kedua fluida pada ketel uap pipa api dapat dievaluasi enggunakan persaaan yaitu ; T i = Tabel 4.16.Perhitungan beda Teperatur rata rata logaritik No h T hi gas T ho gas T in air T out air Ti ( C ( C ( C ( C (K Grafik Efektifitas 27,8 27,3 T K 26,8 4.6.Perhitungan Tahanan Theral Fouling 26,3 Perhitungan ini bertujuan untuk endapatkan tahanan theral fouling ( Rf dari persaaan sebagai berikut : 25,8 96

6 Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh Koefisien perpindahan panas enyeluruh (U dari ketel upa pipa api dapat dievaluasi dengan enggunakan persaaan yaitu : Tabel 4.8. Koefisien Perpindahan Panas Global ( U No h Qc (kw Q (kw T i (K U (W / 2 K Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh Koefisien perpindahan panas enyeluruh (U dari ketel upa pipa api dapat dievaluasi dengan enggunakan persaaan yaitu : U = = W U ( W / 2 K U ( W / 2 K Tabel 4.8. Grafik Perpindahan Panas enyeluruh Gabar 4.9. Karakteristik koefisien perpindahan panas global (U di ketel uap pipa api 4.1. Perhitungan Faktor Pengotoran Tahanan theralfoulingterjadi karena adanya deposit lapisan pengotoran pada perukaan bidang pertukaran kalor. Pebentukan deposit faktor pengotoran selaa pengoperasian ketel 97

7 uap pipa api dapat di evaluasi dengan persaaan sebagai berikut : + ΣR f R f = - = 2 k/w Tabel 4.1. Harga faktor pengotoran No Waktu U W / 2 K ΣR f ( 2.K/W E E E E E E E Σ R f ( 2 K / W,1,9,8,7,6,5,4,3,2, Gabar Karakteristik pebentukan deposit faktor pengotor pada ketel uap pipa api Jika karakteristik faktor pengotor tersebut,assa jenis dan konduktifitas teralnya dianggap relatif kontan aka faktor pengotor terhadap waktu dapat didekati dengan fungsi asyptot, seperti pada persaaan yaitu : R* f = Tahanan teral asyptot t = Waktu pengoperasian ketel uap pipa api tc = Waktu pebentukan faktor pengotor (fouling atau kontanta waktu harga R* f dan tc adalah konstanta yang harus ditentukan,ini ditentukan berdasarkan terbentuknya faktor pengotor terhadap waktu yaitu dari data hasil pengujian pada tabel 4.2.dengan engabil data dari 2 titik untuk trial and error sehingga diperoleh harga konstanta yang ebentuk kurva yang endekati dengan kurva hasil pengujian,2 titik yang paling endekati hasilnya yaitu pada : 1 Pengukuran kewaktu = 156 ja di peroleh ΣR f =.76 ( 2.K/W 2 Pengukuran kewaktu = 1176 ja di peroleh ΣR f =.77 ( 2.K/W Sehingga diperoleh 2 persaaan : 98

8 Dengan enggunakan software MathCad harga kedua kontanta tersebut diperoleh R* f =.71 tc = 156 sehingga fungsi asyptot enjadi : Dengan fungsi asyptottersebut, pertubuhan faktor pengotor dianalisa pada setiap titik pengujian atau pengukuran yaitu pada pengukuran ke 1 yaitu waktu = ja = Pada pengukuran ke -2 yaitu waktu = 24 ja =.782 ( 2.K/W Σ R f ( 2 k / W,1,9,8,7,6,5,4,3,2, Gabar 412. Karakteristik hasil pendekatan asyptotic untuk faktor pengotor di ketel uap pipa api Kurva karakteristik faktor pengotor (foulingaktual hasil pengujian selaa 6 bulan dengan kurva karakteristik faktor pengotor (foulingyang ebentuk kurva asitotis (gabar 4.24 terlihat tahanan teral akibat faktor pengotor (ΣRfpada akhir waktu ulai 1176 ja atau lebih dari harga itu kurva pada grafik berbentuk asitotis,artinya harga tahanan teral ulai konstan.hal ini yang enyebabkan engapa pada prakteknya harus aintenance selaa 6 bulan sekali. DAFTAR PUSTAKA 1. Nag. pk,22.power plant engineering, second edition, international edition. Mc Graw Hill, Singapore. 2. Cengel A. Yunus & Boles.A. Michael, 27.Therodynaics, An Engineering Approach Sixth Edition (SI Units, Mc Graw Hill, Singapore, 3. Kreith Frank & Black. Z. Willia,23. Basic Heat Transfer, Harper & Row, Publisher, New York. 4. Wilcox & Babcox, 1999.Stea /its generation and use, 161 east42 nd street, New York 5. Sadik Kakac & Hongtan Liu.22.Heat Exchangers, selection, rating and teral design, second edition, 6. Soekardi Chandrassa, Prediksi Karakteristik Teral Sebuah Penukar Kalor Dapak Peilihan Faktor Pengotoran Yang Konstan, Poros, Jakarta, Volue 4,Noor 2, April Boiler Stea,elalui < diundu 1/23/21 Specific heat capacity 8. Jurnal Boiler Vol. 5 No. 1, Analisa perforance ketel uap,traksi, Undip, Searang Juni Potter,Meriie C,& Wiggert, David C,22,Mechanics of Fluids, USA, BROOKS/ COLE 1. El-Wakil,M.M,1985,Power Plant Teechnology,Singapore,McGraw Hill Book CO 99