Analisis Perhitungan Dan Perencanaan Water Tube Boiler Berbahan Bakar LPG Pada Industri Kecil Tahu Di Mojokerto

Transkripsi

1 Insttut Tenlg Nasnal Malang Analss Perhtungan an Perencanaan ater Tube Bler Berbahan Baar LPG Pada Industr Kecl Tahu Mjert enny M.E. Sedjn, J Sasetyant 2, edy Zulhdayat Nr 3, Hayu Rara Febby Hapsar 4 Prgram Stud 3 Ten Mesn FTI Insttut Tenlg Sepuluh Npember Surabaya e-mal: dsedjn@gmal.cm/dmes@me.ts.ac.d ABSTRAK Ketel uap adalah alat yang berfungs untu mengubah ar menjad uap ar dalam bejana tertutup dengan menggunaan panas. Sebaga pemanas dapur dengan bahan baar ayu maupun ampas tebu. Namun, serng dengan perembangan jaman LPG merupaan bahan baar alternatve untu penggant bahan baar ayu.alam ndustr ecl penggunaan bler cuup pentng dalam prsesnya. Kebanyaan jens bler yang dpaa adalah jens fre tube bler. Perencanaan bler n bersala ecl dengan apastas uap hasl 70 g/jam uap jenuh dengan menggunaan LPG sebaga bahan baar. Ketel uap n dgunaan sebaga unt penggera prses penglahan ndustr ecl tahu d daerah Mjert. Industr ecl tahu prses penglahannya hanya menggunaan uap jenuh, maa etel uap n drencanaan menghaslan uap pada temperatur 20 C pada teanan uap,5 bar(teanan bler/teanan perasnal). Jens yang drancang adalah jens etel uap ppa ar (water tube bler). Bahan drum etel menggunaan drum aspal dengan dameter 50 cm dan tngg 87 cm. Sedangan untu ppa ppa arnya menggunaan carbn steel bler tubes ASME SA-78A GRAE A / SA-24 dengan dameter luar 0,038 dan dameter dalam 0, m sehngga dar analsa dan perhtungan dapat detahu panjang ppa sebesar 7,02 m dan banya ppa 25 laluan dengan emrngan ppa sebesar 5 sehngga dar data tersebut dapat drencanaan gambar desannya. Kata unc: etel uap, LPG, etel ppa ar, ppa, ruang baar Pendahuluan Ketel uap banya dgunaan pada ndustr ecl menengah sebaga peralatan prse penglahan, sepert penglahan cengeh pala dan sebaganya. Juga bsa dgunaan sebaga meda pemanas pada ndustr tahu, ndustr rtan dan sebaganya. Sebaga pemanas dapur dengan bahan baar ayu maupun ampas tebu, arena ampas tebu maupun ayu murah harganya dan mudah ddapat. Namun, serng dengan perembangan jaman LPG merupaan bahan baar alternatve untu penggant bahan baar ayu. ar beberapa peneltan bahwa ndustr-ndustr ecl pangan (Sregar H.P, 999) mash banya menggunaan peralatan sederhana dalam prses prdusnya. Pemaaan energ panas sepert uap pada ndustr tersebut datas banya dbutuhan. Sementara ebutuhan tersebut mash banya menggunaan alat-alat sederhana dmana umumnya brs energ, prses relatve lama dan tda nyaman. Ketel uap (bler) sebaga penghasl uap yang dpaa untu sumber energ prses merupaan suatu alur prdus dalam suatu ndustr pangan maupun ndustr lannya arena sangat pentng fungsnya dalam prses prdusnya. Bler basanya dpaa untu prses perebusan/memasa,sterlsas, penyulngan, pengerng dan sebaganya. SENATEK 205 Malang, 7 Januar

2 Insttut Tenlg Nasnal Malang Ketel yang umum dgunaan dalam ndustr ecl tahu adalah jens etel uap ppa ap (fre tube bler) arena bentunya yang sederhana, mudah perawatannya, harganya murah dan juga peerjaan nstrus dapat dlauan leh bengel-bengel yang tda terlalu besar. Sept ahyu Mulyawat (203) telah melauan peneltan dengan menggunaan etel ppa ap. Namun penuls ngn menganalsa dan menghtung perpndahan panas yang terjad dalam etel uap ppa ar (water tube bler) dengan data apastas uap bler yang drencanaan 70 g/jam, berperas pada teanan,5 bar, temperatur uap yang dhaslan 20 C dan berbahan baar LPG. Sehngga nantnya dapat dlhat perbandngan dar etel uap ppa ar (water tube bler) dan etel uap ppa ap (fre tube bler). Metdlg Pada analss perhtungan dan perencanaan n, am aan menghtung data awal yang sudah dambl sebelumnya dan melengapnya dengan data penduung, yang nantnya dar data data tersebut ddapatan sebuah dmens dar water tube bler. bawah n adalah langah langah pengamblan data serta perencanaan bentu dmens dar water tube bler. Untu memperjelas mengena alur dar pengerjaan peneltan dan alur perhtungan serta perencanaan water tube bler n, dapat dlhat pada gambar d bawah n. Mula Pengamblan ata Yang etahu Perhtungan Prpertes ata Yang etahu Perhtungan Qbler, Perhtungan ṁbahan baar tda Pemlhan Jens Ppa Yang Sesua dan Ada Pasaran ya Perhtungan Kefsen Panas Pada Ppa (h dan h ) Perhtungan Kefsen Perpndahan Panas Keseluruhan (U) Perhtungan Panjang Ppa Yang butuhan, Perhtungan Laluan Ppa Yang butuhan Penggambaran Perencanaan ater Tube Bler Selesa Gambar. agram Alr Perhtungan SENATEK 205 Malang, 7 Januar

3 Insttut Tenlg Nasnal Malang Hasl an Pembahasan ata yang terseda:. g m uap m ar jam 2. Tuap = 20 C = 393 K 3. Tar = 30 C = 303 K 4. Tpembaaran = 534 C = 807 K 5. Puap =.5 bar g sen Penyelesaan:. Kalr yang dbutuhan leh ater Tube Bler Qbler = m (hut bler hn bler) = g/s ( ) J/g = J/s 2. Mencar mflue gas Mencar mflue gasdengan persamaan d bawah n: Qbler = Qflue gas m Q 0. c T 55 p g s ) Membutan atual temperatur rata rata yang dserap ar dengan temperatur yang dasumsan: Q m. c Q T m. c p (Asums Tcm = 80 C memada) T c T T c K 33. c c 68 p T T T 2 8. c c cm 84 C C 3. Pemlhan Ppa Yang Terseda Pasaran Bahan ppa = Carbn steel bler tubng ASME SA-78A GRAE A / SA-24 ameter Outsde = 38, mm = 0,038 m ameter Insde = 35,687 mm =0, m 4. Ar mengalr d dalam ppa Re 4. m ar Karena alran lamnar maa leras Cnvectn Internal Flw menggunaan persamaan: Nu = 3.66 untu Ts nstan Maa leras Cnvectn Internal Flw yatu: h Nu 5. Alran Udara Luar Ppa 4. m Re SENATEK 205 Malang, 7 Januar

4 Insttut Tenlg Nasnal Malang Karena alran turbulen maa leras Cnvectn External Flw menggunaan persamaan: 3 Nu C Re m Pr Karena maa pada table 6. Kndus Yang Terjad Pada Ppa Analss data untu Carbn steel AISI 00 dperleh dar tabel pada buu Fundamentals f Heat and Mass Transfer ddapatan harga = 48 /m 2. K Kndus ppa = Re Nu.027x h Nu Kefsen Perpndahan Panas U h r r r ln r r h r2 r m m 5 ln ln x0 2 r m m Ppa danggap ppa baru, sehngga tda ada fulng factr (era), maa panjang ppa: T h Tc T h Tc T h Tc ln T T Tlm C h c 8. Panjang Ppa Yang butuhan ar perhtungan datas dapat dhtung panjang ppa yang dbutuhan dengan rumus: Q L U... T lm 7.02m 9. Efsens water tube bler m uap hut hn x00% 0.934% m LHV 0. Perencanaan esan ater Tube Bler Perencanaan desan water tube bler menggunaan: ) Ppa Bahan ppa : carbn steel bler tubes ASME SA-78A GRAE A / SA-24 ameter utsde : 38, mm ameter nsde : 35,687 mm 2) rum rum yang dgunaan adalah drum aspal dengan dameter 50 cm dan tngg 87 cm Tngg upper header = 0 cm Tngg badan bler = 67 cm Tngg bttm header = 0 cm SENATEK 205 Malang, 7 Januar 205 7

5 Insttut Tenlg Nasnal Malang 3) Sudut emrngan Sudut emrngan water tube bler adalah 5 panjang ppa Jumlah ppa = panjang badan drum 7020 mm = 670 mm = ppa. esan Rencana ater Tube Bler Gambar 2. mens esan Rencana ater Tube Bler Gambar 3. esan Perencanaan ater Tube Bler 2. Perhtungan dan Perencanaan Fre Tube Bler Bahan ppa = Carbn Steel Bler Tubng ASME SA-78A GRAE A/SA-24 (Plan Carbn) Nmnal ameter = 3-/2 ( GA) ameter Outsde = 3,500 n = 88,9 mm = 0,0889 m Ketebalan ppa = 0,20 n = 3,048 mm = 0, m ameter Insde = 3,380 n = 85,852 mm = 0, m 3. Flue Gas Mengalr alam Ppa 4. m Re Karena alran turbulen maa leras Cnvectn Internal Flw menggunaan persamaan: Nu Re 4 5 Nu 0.023Re Pr Pr n 0.4 n = 0.4 untu heatng Maa leras Cnvectn Internal Flw yatu: h Nu SENATEK 205 Malang, 7 Januar

6 Insttut Tenlg Nasnal Malang 4. Alran Ar Luar Ppa Re 4. m ar Karena alran lamnar maa leras Cnvectn External Flw menggunaan persamaan: Nu C Re m 3 Pr Nu h Nu Kndus Yang Terjad Pada Ppa Kndus ppa = 6. Kefsen Perpndahan Panas U r r m m 5 ln ln x0 2 r m m. r r r ln h r r h mens Panjang Ppa Ppa danggap ppa baru, sehngga tda ada fulng factr (era), maa panjang ppa: T h Tc T h Tc Tlm C T h Tc ln T T h Q L U... T lm c 8.223m 7. Efsens Fre Tube Bler m uaphut hn x00% 0.934% m xlhv bahanbaar 8. Perencanaan esan Fre Tube Bler ar data dmens yang sudah ddapatan dar hasl perhtungan, maa desan dar fre tube bler sendr dapat drancang menjad 3 dan ptngan dengan bantuan sebuah sftware yatu sldwr. Serta dtentuan pula bahan badan bler dan ppa yang dpergunaan untu merencanaan suatu fre tube bler. Berut merupaan spesfas bahan yang dpergunaan untu badan bler dan ppa ddalam bler: ) Bahan Badan Bler a) Cld Rlled Steel b) mens rum Tebal plat = 0,6 mm SENATEK 205 Malang, 7 Januar

7 Insttut Tenlg Nasnal Malang Panjang rum = 870 mm ameter rum = 500mm 2) Bahan Ppa ddalam Bler a) Cmmersal steel (Carbn Steel AISI 00) b) mens dameter ppa Nmnal ameter = 80 (0S) ameter Outsde = 88,9 mm = 0,0889 m ameter Insde = 82,804 mm =0, m 9. mens Fre Tube Bler Untu perencanaan dmens Fre Tube Bler dapat dmula mencar: ) Jumlah ppa Jumlah ppa Fre Tube Bler panjang ppa = panjang badan bler = ppa 2) Luas Ppa Pemanas Luasan pemanas pada Fre Tube Bler adalah : Luasan pemanas = luas ppa x jumlah ppa = (( x r x 2) x (t x r)) x 2 = 99,8 m 2 3) Luas dmens badan bler Luas dmens badan Fre Tube Bler adalah : Luas dmens badan bler = (( x r x 2) x (t x r)) = 263,08 m 2 4) Vlume badan bler yang terpaa secara efetf Vlume badan Fre Tube Bler yang terpaa secara efetf adalah : Vlume badan bler = etnggan vlume ar x vlume badan bler = ¾ x r 2 x t = ,28 mm 3 5) Vlume ar yang dperluan untu mengs badan bler Vlume ar yang dperluan untu mengs badan Fre Tube Bler adalah : Vlume ttal ppa pemanas = x r 2 x t x jumlah ppa = ,62 mm 3 Vlume ar ddalam badan bler = vlume badan bler vlume ttal ppa pemanas = ,66 mm 3 6) Analss eamanan drum bler dtnjau dar perbandngan antara emampuan masmal teanan nternal drum aspal dengan teanan bler yang sudah dtentuan. Bahan badan bler menggunaan drum aspal dengan materal Cld Rlled Carbn Structural Steel Sheet ASTM A6 GRAE E. ar tabel Mechancal Prpertes f Steels Referred t n the AISI 996 Specfcatn aan ddapatan harga Yeld Strength dar bahan tersebut. Yeld Strength (Sy) = 80 s = 552 MPa Factr f Safety (SF) dtentuan dar jens beban, jens materal, jens tegangan, dan jens erja yang dlayan. Karena bahan badan bler terbuat dar materal steel dan beban yang terjad pada fre tube bler n termasu beban stats / Steady Lad. Maa ddapatan harga SF sebaga berut : Factr f Safety (SF) = 4 Nrmal Stress () = S y 552MPa 38 MPa SF 4 SENATEK 205 Malang, 7 Januar

8 Insttut Tenlg Nasnal Malang Masmal teanan nternal drum aspal: Arah melngar: P.r t mana : r = jar jar badan slnder t = etebalan dndng badan bler P = teanan nternal bler 4. t 38MPax6x0 m P 0.332MPa 3. 32bar r 0.25m Arah membujur: P. r 2 2t 4.2t 38MPax2x6x0 m P MPa bar r 0.25m ar hasl perhtungan membutan bahwa badan bler yang terbuat dar drum aspal mampu menahan teanan melngar sebesar 3,32 Bar dan teanan membujur sebesar 6,624 Bar, sedangan teanan yang terjad ddalam fre tube bler yang aan drencanaan sebesar,5 Bar. Sehngga dapat dsmpulan bahwa drum aspal berbahan Cld Rlled Carbn Structural Steel Sheet ASTM A6 GRAE E aman dgunaan untu perancangan fre tube bler n. Kesmpulan Adapun esmpulan yang dapat dambl dar analsa perhtungan dan perencanaan n adalah sebaga berut n: Kalr yang dbutuhan leh bler dengan data datas adalah Qb = J/s. ar alr bler d atas dapat dhtung massa bahan baar LPG yatu sebesar 0.55 g/s. Kndus yang terjad pada ppa sebesar = x 0-5 /m 2. K. Kefsen perpndahan panas eseluruhan pada ppa U = /m 2. K. Berdasaran perhtungan efsens terhadap water tube bler dengan bahan baar LPG ddapatan efsens thermal sebesar %. Panjang ppa yang dbutuhan adalah L = 7.02 m dengan dameter luar ppa = 38. mm = m. mens drum yatu drum yang dgunaan adalah drum aspal dengan dameter 500 mm dan tng 870 mm. untu tngg upper dan bttm header drum masng masng 00 mm dan untu tngg badan bler sebesar 670 mm. dar dmens drum dan panjang ppa maa untu water tube bler dbutuhan 25 ppa. aftar Pustaa. Byrney, Rchard C. Turbular Exchanger Manufacturers Asscatn, Inc. 25 Nrth Bradway Tarrytwn, New Yr Incrpera, Fran P. d Fundamental Of Heat And Mass Transfer seventh edtn. New Yr : Jhn wley & sns, Inc. 3. Mran, Mchael J. & Shapr, Hward N. Fundamentals f Engneerng Thermdynamcs 5th_edtn Jhn wley & sns, Inc. 4. Mulyawat, Sept ahyu. Analss Perhtungan dan Perencanaan Fre Tube Bler Berbahan Baar LPG untu Industr Kecl Tahu d Mjert Tugas Ahr, 203. SENATEK 205 Malang, 7 Januar

9 Insttut Tenlg Nasnal Malang 5. Rusnt, Perencanaan etel uap teanan 6 atm dengan bahan baar ayu untu ndustr sederhana. 6. Sregar, H.P, 200, Pengembangan Ketel Uap untu Industr Kecl, Prsdng Semnar Nasnal Peran Tenlg Infrmas dalam pengembangan Usaha Kecl Menengah Frum Kmunas Tenlg Tepat Guna Jawa Tmur, Surabaya. SENATEK 205 Malang, 7 Januar