Karakteristik Ketel Pipa Api Kapasitas Uap Kg / Jam Berbahan Bakar Solar di PT. Mustika Ratu, Tbk. Ridwan ST, MT *), Elbi Wiseno, ST, MT *), Firdaus **) E-mail : daoezz_6@yahoo.co.id *) Dosen Teknik Mesin Universitas Gunadarma **) Alumni Teknik Mesin Universitas Gunadarma Abtraksi Karakteristk ketel adalah petunjuk atau gambaran spesifik dari ketel melalui sifat-sifat pokoknya. Karakteristik ketel pipa api (Loos Basuki) dengan kapasitas kg / jam menggunakan bahan bakar solar, mempunyai Tekanan kerja 7 kg / cm, dengan Temperatur 180 ºC, Beban ketel spesifik 40,96 kg / m. Jam, Faktor pengan 14,375 kg / kg bahan bakar dan Efisiensi sebesar 83 %. I. Pendahuluan Seiring dengan berkembangnya zaman bersamaan dengan kemajuan teknologi dan industri proses produksi, dimana perkembangan itu nampak dengan adanya faktor penunjang didalam produktifitas perusahaan. Semakin banyaknya produsen suatu perusahaan menempati skala besar, hampir 90 % ketel masih tetap dominan dipergunakan. Dimana ketel dipakai sebagai mesinproduksi baik secara langsung maupu tidak langsung. Salah satu contohnya PT. Mustika Ratu menggunakan ketel sebagai mesin produksi mengolah produkproduknya. Melihat dari peranan ketel tersebut penulis tertarik membahas peranan ketel di PT. Mustika Ratu, Tbk. Dengan demikian, diharapkan mahasiswa dapat menerapkan dan membandingkan teori didapat bangku kuliah dengan praktiknya. II Landasan Teori.1 Definisi Ketel Uap Ketel (boiler) adalah suatu bejana tertutup terbuat dari baja digunakan menghasilkan. Didalam dapur (Furnace), energi kimia dari bahan bakar dirubah menjadi panas melalui proses pembakaran dan panas dihasilkan sebagian besar diberikan ke air berada didalam ketel sehingga, pengaruh dari proses pemanasan air tersebut berubah menjadi. Uap dihasilkan dari sebuah ketel dapat digunakan sebagai fluida kerja maupun media pemanas berbagai macam keperluan-keperluan rumah tangga sampai dengan keperluan industri [1].
. Proses Terbentuknya Uap Bila diatas sekeping logam terdapat beberapa tetes air, dan kita perhatikan molekul-molekul air tersebut, temperatur air saat itu ialah T 0 o K atau o C. Molekul-molekul air tersebut bergerak bebas kesana-kemari dalam lingkungannya (lingkungan air) dengan kecepatan gerak V 0 meter/detik. Molekulmolekul tersebut dalam gerakannya belum dapat meninggalkan lingkungannya karena adanya gaya tarik-menarik antara molekulmolekul air itu sendiri. Apabila di bawah kepingan logam tersebut dipasang api, batang lilin, korek api dan sebagainya sedemikian sehingga api tersebut memanasi kepingan logam diatasnya terdapat beberapa tetes air, maka temperatur air tersebut akan naik menjadi T 1 o K atau o C, dan ternyata kecepatan gerak dari molekul-molekul air tersebut akan bertambah menjadi V 1 meter/detik, namun belum mampu melepaskan diri dari lingkungannya. Apabila kemudian api dipasang dibawah kepingan logam tersebut ditambah besarnya (menjadi dua batang lilin, dsb) maka temperatur air diatas kepingan logam tersebut akan bertambah menjadi T o K atau o C, sedangkan kecepatan gerak dari molekulmolekul bertambah menjadi V meter/detik, namun masih belum mampu melepaskan diri dari lingkungannya. Dan apabila api dipasang dibawah kepingan logam tersebut senantiasa ditambah besarnya, sedemikian hingga temperatur air diatas kepingan logam tersebut mencapai T o d K atau o C, sedangkan kecepatan gerak molekul-molekul air tersebut telah mencapai V d meter/detik, sehingga molekul-molekul air tersebut mampu melepaskan diri dari lingkungannya, dan mampu melepaskan diri dari gaya tarikmenarik antara molekul-molekul air tersebut. Molekul-molekul air melepaskan diri dari lingkungannya tersebut akan berubah menjadi molekul kecepatan gerakannya melebihi kecepatan gerak molekul-molekul air semula. Proses demikian ini disebut proses pengan atau proses pembentukan [1]. Gambar.1. Proses Terbentuknya Uap [1].3 Klasifikasi Ketel Uap secara umum ketel dibedakan dalam dua golongan utama yaitu ketel pipa api (Fire Tube Boiler) dan ketel pipa air (Water Tube Boiler) [3]. Untuk membedakan secara terpeinci, ketel dapat digolongkan menurut peninjauan dari berbagai segi terhadap ketel tersebut yakni :.3.1 Menurut Isi Pipanya a) Ketel Pipa Api (Fire Tube Boiler) [3] Pada ketel jenis ini nyala api dan gas panas diperoleh dari hasil pembakaran bahan bakar men-transfer
panasnya. Gas panas dilewatkan melalui Wilcox, Ketel Lamont, Ketel Yarrow, dan pipa-pipa Ketel Loeffer. disekitar dinding luar dikelilingi oleh air atau telah terbentuk. Gambar. Bagan Ketel Pipa Api Gambar.3 Bagan Ketel Pipa Air [3] [3].3. Menurut Posisi Dapur Menurut posisi dapurnya, ketel dapat digolongkan sebagai [4] : b) Ketel Pipa Air (Water Tube Boiler) [3] a) Ketel Pengapian Dalam (Internal Ketel termasuk kedalam pipa ini Fired Boiler) adalah ketel peredara airnya terjadi b) Ketel Pengapian Luar (External didalam pipa-pipa dikelilingi oleh Fired Boiler) nyala api dan gas panas dari luar susunan pipa. Kontruksi pipa-pipa dipasang Pada ketel jenis pengapian dalam, dapur didalam lurus (furnace) tempat pengapian ditempatkan (Straight Tube) dan juga dapat berbentuk didalam shell. Kebanyakan dari ketel pipa pengkolan (Bend Tube) tergantung dari api memiliki pengapian dalam (Internal jenis Fired Boiler) dimana pembakaran bahan ketel dapat ketelnya. berbentuk Pipa-pipa lurus dipasang secara paralel didalam ketel bakar dihubungkan dengan Header, kemudian sendiri.dan hasil dari pembakarannya Header tersebut diterima langsung dari shell tersebut. bejana horizontal gambar dihubungkan diatas (.3). dipasang susunan Susunan dengan didalam shell itu secara pipa, pipa dilakukan lihat diantara kedua Header mempunyai kecondongan 0.3.3 Menurut Penggunaan a) Utillity Boiler Memproduksi tertentu (sekitar 15 dari garis datar) hal ini pembangkit dimaksudkan agar dapat menimbulkan besar, tekanan dan temperatur tinggi, peredaran air dalam ketel. Contoh ketel efisiensi tinggi, dapur dinding pipa air ini dengan burner, bila dengan tekanan lebih adalah Ketel Benson, Ketel Babcock and besar dari 14 Mpa biasanya dengan termasuk kedalam golongan reheater. tenaga listrik. Kapasitas
b) Digunakan sebagai utillity boiler, Industrial Boiler Memproduksi kapasitas besar, sirkulasi once-through pemanasan dan proses. Biasanya memiliki atau kombinasi, dengan reheater ; harus kapasitas dan dipertimbangkan pencegahan terhadap dapur pseudo-film boilling dan korosi karena temperatur kecil, lebih tekanan rendah, dengan burner, stoker atau fluidized bed, temperatur tinggi. tanpa reheater..4 Bagian-bagian Ketel Uap a) Pemanas Lanjut Uap c) Marine Boiler (Steam Superheater) Memproduksi sebagai sumber penggerak kapal. Bentuknya kompak, Pemanas Superheater) Lanjut ialah Uap (Steam alat bobot lebih ringan, biasanya menggunakan memanaskan ken menjadi bahan bakar minyak, tanpa reheater. dipanaskan lanjut. Uap dipanaskan lanjut digunakan intuk melakukan kerja dengan jalan ekspansi.3.4 Berdasarkan Tekanan Kerja didalam turbin atau mesin tidak akan a) Boiler Bertekanan Rendah dan segera Sedang (< 10 Mpa) Boiler, mengembun, mengurangi sehingga kemungkinan timbulnya timbulnya Digunakan sebagai industrial bahaya disebabkan sirkulasi natural, beberapa pukulan balik (Back Stroke) diantaranya dengan Boiler bank, dapur diakibatkan mengembunnya belum dengan burner atau stoker, tanpa reheater. waktunya sehinnga menimbulkan b) Boiler Tekanan Tinggi (10-14 Mpa) vakum ditempat tidak semestinya Digunakan sebagai utillity boiler, didaerah ekspansi. biasanya dengan reheater hanya bila tekanannya > 14 Mpa, dan menggunakan b) Ekonomiser Gas asap setelah meninggalkan sirkulasi natural. superheater temperaturnya masih sangat c) tinggi sekitar 500 Boiler Dengan Tekanan Sangat Tinggi (> 17 Mpa) o C hingga 800 o C, sehingga akan menimbulkan kerugian Digunakan sebagai utillity boiler, panas besar apabila gas asap sirkulasi natura atau paksa, tergantung dari tersebut aproach, cerobong. Gas asap masih panas dengan reheater ; harus dipertimbangkan ini dapat dimanfaatkan memanasi pencegahan terhadap film boilling dan air terlebih dahulu sebelum dimasukan korosi karena temperatur tinggi. kedalam drum ketel, sehingga air telah d) dalam keadaan panas, sekitar 30 hingga engineering-economical Boiler Tekanan Super Kritis (>,1 Mpa) langsung dibuang melalui 50 oc dibawah temperatur mendidihnya.
Air telah dalam keadaan panas dalam keadaan panas masuk kedalam saat masuk kedalam drum ketel membawa tungku, membantu mempercepat keuntungan karena ditempat air masuk pengan air terkandung dalam kedalam drum, dinding tidak mengerut bahan sehingga drum ketel dapat lebih awet mempercepat dengan pembakaran demikian biaya perawatannya akan menjadi lebih murah. Keuntungan tungku. kedua adalah dengan memanfaatkan d) gas asap masih mempunyai bakar sehingga akan berlangsungnya bahan bakar didalam Cerobong Asap Cerobong digunakan temperatur tinggi tersebut mengalirkan gas asap keluar dari ketel memanasi air sebelum masuk kedalam atau dengan kata lain digunakan drum ketel, berarti akan memperbesar membuang gas asap setinggi efisiensi dari ketel, karena dapat mungkin memperkecil kerugian panas diderita lingkungan disekitar. oleh ketel..5 c) Pemanas Udara (Air Preheater) Segala sesuatu zat (t, cair, gas) Gas asap keluar dari memanasi digunakan sebagai bahan ekonomiser masih hingga 700 bertemperatur sehingga tidak menggangu Bahan Bakar 400 dibakar berbagai cara atau metode C sehingga sa bila proses pembakaran disebut bahan bakar. o dibuang langsung lewat ceobong, karena Menurut panas terkandung dalam gas asap terbagi dalam tiga kelompok, yaitu : tersebut masih dapat dimanfaatkan lagi bahan bakar t, bahan bakar cair dan memanaskan dimasukan kedalam klasifikasinya udara sebelum bahan bakar gas. tungku, sehigga.5.1 bahan bakar Bahan Bakar Padat efisiensi thermis ketel masih dapat Bahan bakar t terdapat dibumi dinaikan udara kita ini berasal dari zat-zat organik. Bahan pembakaran sebelum dimasukan kedalam bakar t mengandung unsur-unsur tungku kebutuhan antara lain : Zat arang atau Karbon (C), panas menaikan temperatur udara zat lemas atau Nitrogen (N), Hidrogen didalam tungku, sehingga api didalam (H), Belerang (S), zat asam atau Oksigen tungku tidak banyak mengalami penurunan (O) Abu dan Air kesemuanya itu temperatur, sehingga dapat mengurangi terikat dalam satu persenyawaan kimia. kemungkinan api didalam tungku.5. tiba-tiba lagi. berarti m Memanaskan mengurangi dengan Bahan Bakar Cair sendirinya. Bahan bakar cair berasal dari Manfaat lain dengan memanaskan udara minyak bumi. Minyak bumi didapat dari pembakar terlebih dahulu sebelum masuk dalam tanah dengan jalan mengebornya kedalam tungku adalah udara telah ladang-ladang minyak, dan
memompanya sampai ke atas permukaan menunjukan tidak cukup udara dan bila bumi, selanjutnya diolah lebih lanjut gas asap berwarna putih menunjukan menjadi berbagai jenis minyak bakar. terlalu.5.3 Bahan Bakar Gas pembakaran sempurna gas Didalam tanah banyak terkandung asap berwarna cokelat. banyaknya udara. mengetahui Sedangkan : Gas Bumi (Petrol Gas) atau sering Untuk jumlah udara disebut pula dengan gas alam, timbul pembakar dapat dilihat persamaan saat proses pembentukan minyak sebagai berikut : bumi, gas tambang, dan gas rawa CH4 (Methane). Seperti halnya dengan minyak bumi, gas alam tersebut diperoleh dengan jalan pengeboran dari dalam tanah, baik di daratan maupun terhadap lokasi-lokasi lepas pantai C + O = CO melakukan persenyawaan tersebut diperlukan suhu. Pada peristiwa pembakaran, proses terjadi adalah C + O = CO (.1) H + O = HO (.) S + O = SO (.3) 1 kg C +,67 kg O = 3,67 kg CO Hidrogen(H) terbakar sempurna menjadi HO, menurut Persamaan [1] 4 H + O = HO 1 kg H + Dikatakan pembakaran sempurna apabila campuran bahan bakar dan oksigen (dari udara) mempunyai perbandingan tidak 3 44 kg O = kg CO 1 1 (.5) 4 kg H + 3 kg O = x 18 kg HO oksidasi dengan reaksi. sehingga (.4) 1 kg C + 3 kg O = 44 kg CO Pembakaran kimia antara bahan bakar dengan oksigen, tepat, menjadi CO, menurut Persamaan [1] 1 kg C + Pembakaran ialah persenyawaan dan Karbon (C) terbakar sempurna diduga terdapat kandungan gas alam..6 diperoleh sisa. Apabila oksigen terlalui banyak maka x 18 3 kg O = kg HO 4 4 1 kg H + 8 kg O = 9 kg HO Belerang (S) terbakar sempurna menjadi SO, menurut persamaan [1] S + O = SO (.6) 3 kg S + 3 kg O = 64 kg SO dikatakan campuran kurus, dan bila bahan bakarnya terlalu banyak (oksigen tidak 1 kg S + 1 kg O = kg SO cukup) maka dikatakan dengan campuran Disamping itu diketehui pula 1 kg udara kaya mengandung 0,31 kg O, sehingga (rich). mengakibatkan Sehingga tidak dapat sempurnanya pembakaran. Bila gas asap keluar dari cerobong berasap hitam, hal ini kebutuhan udara dapat dihitung [1]
.6.1 Pembakaran Bahan Bakar Padat.6.3 Pembakaran Bahan Bakar Gas Pada pembakaran bahan bakar Pembakaran bahan bakar t mula-mula akan membentuk gas berupa gas hampir keseluruhannya atau biasa disebut mengegas (Ont terdiri dari karbon dan hidrogen dimulai Gassing), berlangsungnya dengan menguraikan gas-gas, hingga distilasi kering kemudian mengakibatkan menghasilkan CO dan H apabila oksigen terurainya gas-gas tersebut lebih lanjut mencukupi. menjadi CO dan H (Water Gas) dan akan berlangsung didalam kerucut bunga api terbakar waktu [1] Penguraian gas-gas ini. Selanjutnya arang atau kokas paling dalam, temperatur tertinggal ( semuanya terdiri dari lebih rendah dari temperatur bila karbon) akan meng atau sublimasi pembakaran terlebih dahulu, kemudian akan terbakar sepenuhnya. Pembakaran CO dan H menjadi CO apabila oksigen mencukupi. terbentuk dilakukan oleh oksigen Udara pembakar diperbolehkan dari mengegaskan disekeliling bunga api, akan berlangsung disebut udara primer, udara telah skunder menjadi lapisan tipis tidak bercahaya disebut dengan udara skunder. mengalir sedangkan udara membakar CO CO temperatur berlangsung tinggi, dari bunga api berlangsung sangat cepat, bila oksigen mencukupinya..6. Pembakaran Bahan Bakar Cair Sebelum pembakaran.7 Perpindahan Panas Ketel Uap sebenarnya berlangsung maka terlebih Panas dihasilkan karena dahulu bahan bakar cair tersebut dikan pembakaran bahan bakar dan udara, dan diuraikan menjadi gas-gas [1]. Bahan berupa api ( menyala) dan gas bakar cair umumnya, terdiri dari asap ( tidak menyala) dipindahkan karbon (85-87)% dan hidrogen (1-15)% ke air, dan udara, melalui ditambah sedikit O, N, dan S. dalam hal bidang ini karena kandungan hidrogen cukup surface), suatu instalasi ketel tinggi, maka saat penguraian dengan dengan tiga cara, yaitu antara lain : temperatur cukup tinggi, karbon dan a) hidrogen lama masih dalam keadaan Pancaran (Radiasi) terikat. Dengan pembakaran bahan demikian bakar cair dapat dipanaskan Perpindahan Perpindahan pancaran atau (heating Panas Secara panas secara Radiasi adalah dicapai bentuk bunga api hampir- perpindahan panas antara suatu benda hampir sempurna seperti halnya terhadap benda lain dengan jalan melalui pembakaran bahan bakar gas. gelombang-gelombang elektromagnetic tanpa tergantung ke ada atau
tidaknya media maupun zat diantara benda q panas menyentuh dinding ketel maka panasnya tersebut. Panas radiasi adalah dibagikan sebagian, yaitu q1 Joule panas dipancarkan dari suatu media dinding ketel, selebihnya q = q - q1 Joule panas ke media dingin dan besarnya dibawanya pergi. Bila gerakan-gerakan tergantung perbedaan molekul mela-la tersebut temperatur, dan warna media disebabkan kerena perbedaan temperatur menerima pancaran Joule. Pada panas radiasi bertambah dengan perpindahan panasnya disebut dengan naiknya ini konveksi bebas (Free Convection) atau bergantung dari beberapa faktor namun konveksi alamiah (Natural Convection). luas Apabila gerakan-gerakan dari molekul terkena tersebut sebagai akibat dari kekuatan paling permukaan terutama pipa hal adalah (tube) sendiri, fluida didalam dapur, itu molekul menerima panas tersebut. Penyerapan temperatur fluida saat maka pancaran panas. mekanis (karena dipompa atau dihembus Adapun banyaknya panas diterima dengan fan) maka perpindahan panasnya secara pancaran atau Qp berdasarkan dari disebut dengan konveksi paksa (Forced rumus Stephan-Boltzman adalah sebesar : Convection). 4 4 Qp = Cz. F. [(Tapi : 100) (Tbenda : 100) ] kj / jam [1] (.7) Dimana, Cz : Konstanta pancaran dari Stephan- Boltzman dinyatakan dalam kj/m. Jam. K4. Bila Cz dinyatakan dalam Watt/m. K4 maka harga Qp dinyatakan dalam Gambar.4 Perpindahan Panas Dengan Cara Aliran (Konveksi) [1] Watt [1] F: Luas bidang dipanasi, aliran (Konveksi) adalah: dinyatakan dalam m3. T: Jumlah panas diserahkan secara Temperatur dalam Kelvin. Qk = α. F. (Tapi - Tdinding) kj/jam [1] (.8) Dimana, b) Perpindahan Panas Secara Aliran Perpindahan panas secara aliran atau konveksi adalah perpindahan panas dilakukan oleh molekul-molekul suatu fluida (cair ataupun gas) molekul-molekul fluida tersebut dalam gerakannya membawa sejumlah panas masing-masing α: Angka peralihan panas dari api ke dinding ketel dinyatakan dalam kj/m. Jam. K Bila α dinyatakan dalam kj/m. Jam. K maka, Qk dinyatakan dalam kj /Jam
Sedangkan bila α dinyatakan dalam Watt / m. K, maka Qk dinyatakan dalam Td : Luas bidang dipanasi, 3 (ºK). T: Temperatur dalam Kelvin..8 c) Perpindahan Secara Rambatan (Konduksi) atau Nilai Pembakaran Nilai pembakaran panas secara tinggi atau Highest Heating Value (HHV) konduksi adalah dan nilai pembakaran rendah atau Lowest perpindahan panas dari suatu bagian Heating Value (LHV). benda t ke bagian benda lain dari a) benda t sama, atau dari benda Highest Heating Value (HHV) t satu ke benda t lain karena terjadinya biasanya dinyatakan dalam istilah nilai pembakaran Perpindahan rambatan Temperatur dinding ketel berbatasan denga air, atau udara diyatakan dalam m. Panas Temperatur dinding ketel berbatasan dengan api (ºK) Watt. F: Td1 : persinggungan fisik Nilai pembakaran tinggi atau Jumlah panas diperoleh dari hasil pembakaran sempurna disetiap 1 kg (menempel), tanpa terjadinya perpindahan bahan molekul-molekul pembakarannya didinginkan sampai dari benda t itu bakar kemudian hasil dari sendiri. temperatur kamar, maka jumlah panas Jumlah panas dirambatkan (QR) dihasilkan disebut dengan melalui dinding ketel adalah sebesar : kalori tinggi. Dalam hal ini adalah air QR = x F x (Td1 Td) S kj / Jam terbentuk dari [1] (.9) dinilai sebagai panas pembakaran terbentuk. Angka peranbatan panas didalam dinding ketel dinyatakan dalam kj/m x b) Sedangkan Bila λ dinyatakan dalam kj/m. Jam Apabila λ dinyatakan dalam Watt / m x K, maka QR dinyatakan dalam pembakaran air terbentuk dari hasil pembakaran tidak perlu dicairkan terlebih dahulu, sehingg panas pengembunannya Watt. Tebal dinding ketel dinyatakan tidak ikut serta diperhitungkan sebagai panas pembakaran bahan bakar dalam meter (m) Luas nilai rendah atau Lowest Heating Value, (LHV).K, maka QR dinyatakan dalam kj/jam F: Nilai pembakaran rendah atau Lowest Heating Value (LHV) Jam x K S: hasil pengembunannya turut dihitung serta Dimana, λ: nilai dinding merambatkan panas. ketel tersebut.
Untuk pembakaran cair dan gas dapat Tebal Pipa Api :3 mm dihitung dengan menggunakan persamaan Luas Total Bidang Pemanas: 4,9 m HHV = 33915 C + 144033 (H O/8) + 10468 S (kj/kg) [1] Panjang Ketel Uap Total : (.10) 145 mm Tinggi Ketel Uap Keseluruhan: LHV = 33915 C + 1143 (H O/8 ) + 305 mm. 10468 S 51 (W +9xO/8) (kj/kg) (.11) 3. Kebutuhan Panas, Panas Pengan, dan Pengertian Entalpi Sedangkan bahan bakar t dapat dihitung dengan menggunakan persamaan HHV = 3383 x C + 14406 x (H O / 8) + 9419 x S (kj/kg) [1] (.1) LHV = HHV (9 H x 586) (kj/kg) [1] (.13) III. Ketel Uap 3.1 Spesifikasi Ketel Pipa Api Gambar 3.1 Sebuah Bejana (Loos Basuki Boiler) Didalamnya Terdapat 1 kg air dan [1] Ketel Uap : Loos Basuki Boiler Tahun Pembuatan : Supllier : PT. Reka Boiler Utama. berisi 1 kg air dan, kemudian Kapasitas Uap : kg / jam dipanaskan. 1993 Didalam gambar tersebut sebuah bejana Tekanan air dan Tekanan Operasi : 7 kg / cm tersebut konstan sebesar (P, kg/cm ) dan Tekanan Maksimal : 10 kg / cm Bahan Bakar : Solar Apabila tekanan dalam bejana naik Panjang Ketel Uap : 350 mm melebihi (P, kg/cm), maka akan Diameter Drum Dalam Ketel : keluar melalui lubang E. Uap 050 mm dihasilkan adalah jenuh karena diberi pemberat (G) kg diatas torak (P). Panjang Silinder Api : 700 mm dalam keadaan seimbang dengan air Diameter Silinder Api : 1000 mm sehingga jumlah panas dibutuhkan Jumlah Pipa : 186 Pipa Api sebanyak Q1 kj/kg air dan. Tebal Badan Ketel Uap :14 mm Tebal Plat Tungku : 16 mm Diameter Luar Pipa Api : 68 mm Q1 = Panas jenis air x (T1-T0) [1] (3.1) = kj / kg air dan. Dimana, panas jenis air = 4,187 kj / kg x ºC [1].
Panas pengan adalah jumlah panas dinyatakan dalam (kj/kg) Memanaskan 1 kg air dari 0 ºC menjadi jenuh dibutuhkan memanaskan 1 kg air temperatur Tdk dan tekanan, P menjadi temperatur mendidihnya (kg/cm) kg/cm sebesar I kj/kg (TdºC) dan bertekanan (P, kg/cm). Jika air menjadi : dalam bejana dipanaskan terus-menerus I = Wd + r [1] maka, Dimana, I = dalam bejana akan naik temperaturnya dan jenuh tersebut Jumlah panas menjadi panas lanjut dibutuhkan mengubah 1 kg temperatur Tu (ºC) dan tekanan P (P1) (kg/cm) sebesar I (kj/kg) adalah kg/cm dan temperatur (Td1) ºC, I = I Cp (Tu - Td) = Wd + r + Cp menjadi panas lanjut dengan (Tu - Td) [1] tekanan tekanan (P1) kg/cm dan dari persamaan sebagai berikut [1] Entalpi panas lanjut (kj/kg), : yaitu banyaknya panas Qu1 = 1 x Cp x (Tu1 Td1) kj / kg [1] (3.4) Dimana, I = temperatur (Tu1) ºC, dapat dihitung dibutuhkan mengubah 1 kg (3.) air temperatur 0 ºC Dimana ; Cp = Panas jenis menjadi panas lanjut tekanan konstan (P1, kj/kg). temperatur (Tu) ºC dan tekanan Tu1 = Temperatur panas lanjut (P) kg/cm. (ºC) Td1 = Temperatur air mendidih (ºC) Memanaskan 1 kg air dari 0 ºC jenuh (Qu1) Entalpi jenuh (kj/kg). berubah menjadi panas lanjut. (3.3) Jumlah Kebutuhan Panas (Q) Banyaknya panas tekanan (P1, kg/cm ). dibutuhkan Dengan demikian seluruh jumlah ketel, biasanya panas : dinyatakan dalam satuan (kj/kg), Memanaskan 1 kg air dari 0 ºC biasanyamenggunakan dengan persamaan sebagai berikut : temperatur (Tdk) dan tekanan, (P) kg/cm adalah sebesar Q = S x ( IK + IR) Wd (kj/kg). Dimana, Wd = Entalpi (kj/jam) [] air Dimana, mendidih (kj/kg), yaitu pemanasan (3.5) banyaknya panas dibutuhkan S = Produksi oleh 1 kg air temperatur 0 ºC P = Tekanan kerja ketel dijadikan air tu = Temperatur keluar ketel mendidih temperatur (Tdk) dan tekanan (P) kg/cm. ta = Temperatur air masuk ekonomiser.
IK = Entalpi keluar ketel Entalpi air Efisiensi Ketel Uap (ηk) masuk Ekonomiser IR = Entalpi keluar reheater Entalpi masuk reheater. dihasilkan oleh ketel Dapat dilihat dari persamaan : S (kg / m Jam) [] F sederhana air mulanya berasal efisiensi dapat dijelaskan sebagai perbandingan energi keluaran dengan energi masukan (input output). (3.6) ketel berasal dari energi bahan bakar. Sedangkan energi keluaran ketel dinyatakan dengan banyaknya energi dalam bentuk panas Luas Bidang Dipanaskan (F) terkandung oleh air didalam ketel Adalah luas bidang ketel, maka didapat rumus sebagai : dipanaskan api baik ke air atau. Dapat dari Energi masukan merupakan energi awal Dimana ; F = 4,9 m (entalpi) dari energi panas bahan bakar. Secara terhadap luas bidang dipanaskan. Le = dalam dihasilkan Beban Ketel Spesifik (Le) Merupakan perbandingan antara Pada instalasi ketel terdiri digunakan persamaan ηk = sebagai (h1 h) x100% LHV (3.9) berikut : F= Q (m) [] K x t rata rata Dimana, t rata-rata (3.7) = Selisih temperatur rata- rata api atau gas asap terhadap air maupun K = Angka perpindahan panas perbandingan antara jumlah dihasilkan terhadap pemakaian Air temperatur 9 oc (11,4 kj/kg) masuk ke pemanas air temperatur 50 oc (09,3 kj/kg) kemudian dipompa masuk kedalam ketel, tekanan operasi 7 kg / cm Faktor Pengan (Ev) Adalah Instalasi Tenaga Uap dihasilkan sebesar kg / Jam dengan (kj/m Jam ºC) 3.3 bahan bakar. Uap bekas dari proses dying tekanan 0.004 Mpa (temperatur 9 oc) menuju Dinyatakan dalam persamaan : kondensor. Air dari pompa kondensor menuju ke bak pengumpul air, S Ev = Be (kg / kg bahan bakar)[] temperatur 180 oc menuju mesin Dying. seperti gambar dibawah ini : (3.8)
1 9 10 B O I L E R 0 11 1 14 8 7 13 14 6 15 5 19 18 16 1 17 4 3 Gambar 3. Instalasi Tenaga Uap Keterangan Gambar : 1. Uap bekas menuju ke kondensor 1. Tangki air 13. Kondensor. Keran air 14. Keran pendingin kondensor 3. Bak air pengumpul 15. Embun air terkumpul 4. Air dihisap oleh pompa air kondensor pengisian 16. Pompa air kondensat 5. Pompa air pengisian ketel 17. Air dari pompa kondensat 6. Air dipompa masuk kedalam 18. Bahan bakar dimasukan pemanas air kedalam tungku 7. Pemanas air 19. Udara pembakar 8. Air dipompa masuk kedalam ketel 0. Boiller 9. Uap menuju kemesin Dying 1. Gas asap keluar dari cerobong 10. Keran pengumpul 11. Mesin Dying (pengering ) asap
3.4 Aliran Gas Pada Ketel Pipa Api 3.5 Termodinamika Ketel Uap Gas panas dari hasil pembakaran bahan bakar dan udara didalam ruang bakar akan mengalir sepanjang silinder api dan memanasi air disekeliling silinder api. Api atau gas panas dari silinder menuju kamar nyala api melalui pipa api memanasi air bagian muka dari ketel dipasang ruang asap melingkungi seluruh ujung-ujung pipa api, dimana gas asap keluar dari pipa-pipa api dapat berkumpul. Gas asap keluar melalui cerobong asap, Gambar 3.4 Diagram T-S [5] ditengah bagian atas drum ketel terdapat sebuah dom (Steram Dome), disinilah seluruh terbentuk dikumpulkan. Keran pipa tempat pengambilan ken juga terdapat didalam steam Keterangan Gambar : A-B: Pemanasan air pengisi ketel (Sensibel Kalor) dome [] Perhatikan diagram alir berikut ini, B-C: Perubahan fase air ke fase temperatur konstan (Kalor Laten) C-D: Uap berekspansi dalam penggunaannya (Proses Dying) D-A: Kondensasi temperatur konstan dalam kondensor K: Titik kritis Pada umumnya ketel dipakai dunia industri terbatas temperatur jenuh, sedangkan ketel dipakai pembangkit tenaga dalam skala besar umumnya menggunakan pemanas lanjut. Gambar 3.3 Diagram Aliran Gas Panas Pada Ketel Pipa Api []
IV Analisa Perhitungan Tabel 4.3 Komposisi Unsur Kimia 4.1 Data Pengoperasian Bahan Didalam Bahan Bakar Yang Digunakan (Dalam % Berat) [4] Bakar Loos Basuki Steam Boiler Didalam menganalisa perhitunganperhitungan karakteristik ketel, proses perhitungannya berdasarkan Komposisi ke jumlah pemakaian bahan bakar rata-rata Berat Perbandingan Berat Dalam Molekul (kg) Molekul % pengoperasian ketel selama 10 jam di C 86,10 0,861 1 H 11,90 0,119 O 0,8 0,008 3 N 0,0 0,00 8 S 1,3 0,013 3 PT. Mustika Ratu, Tbk dimana data-data pengoperasiannya terdapat tabel berikut ini : Tabel 4.1 Data Pengoperasian Bahan Bakar Operasi Boiler Bahan Bakar (kg) Tekanan Uap (kg/cm ) Uap Yang Dihasilkan (kg/bb) Suhu Air Masuk o ( C) 50 1 415,3 3 4 5 6 7 8 9 10 415,8 417,5 418, 416,9 417,3 417,4 418,8 418,9 417,8 50 50 48 49 50 50 50 49 50 4. Diagram Alir Perhitungan Ketel Uap Tabel 4. Bahan Bakar Untuk Ketel Uap (ASTM Standart D-396) S F [4] Karbon (C) 86,10 % Hidrogen (H) 11,90 % Oksigen (O) 0,8 % Nitrogen (N) 0,0 % Sulfur (S) 1,3 % Abu (A) 0,0 % Air (W) 0, % S Be ( h1 h ) X 100 % Q Low Gambar 4.1 Diagram Alir Perhitungan Ketel Uap
4.3 Dimana: Nilai Pembakaran Bahan Bakar (Heating Value) S : Produksi = kg/jam HHV P : Tekanan kerja = 7 kg/ cm = 33915 x 0,861 + 144033 x (0,119-0,008 / 8) + 10468 x 0,013 tu : Temperatur keluar ketel = 180 oc = 46.46,41 kj/kg LHV = 33915 x 0,861 + 1143 x ta : Temperatur air masuk ekonomiser = 50 oc (0,119 0,008 / 8) + 10468 x 0,013 IK : Entalpi keluar ketel 51 x (0,00 + 9 x 0,008 / 8 ) = 43.730,80 kj /kg 4.4 Entalpi air masuk ekonomiser IR : Entalpi keluar reheater Nilai Entalpi IK = I Wd Entalpi masuk reheater IK : 5,89 kj /kg Entalpi Uap (hu), Entalpi jenuh IR : 0, (tanpa reheater). (I ) tekanan kerja 7 kg/cm berdasarkan tabel jenuh maka didapat [1] : Beban Ketel Spesifik (Le) I =.76 kj /kg Entalpi Air (ha), temperatur Le = air masuk ekonomiser (50 ºC) dengan menggunakan = rumus interpolasi, maka didapat : kg / jam 4,9 m Le = 40,96 kg / m Jam Wd = 19 + (51-19) x S (kg / m Jam) F 50 45,8 60,1 45,8 Wd = 09,11 kj /kg Faktor Pengan (Ev) Ev = Sehingga : IK = I Wd = =.76 kj /kg 09,11 kj/kg S Be kg / jam 417,39 kg bahan bakar Ev = 14, 375 kg / kg bahan = 55,89 kj /kg bakar 4.5 Perhitungan-perhitungan Karakteristik Ketel Uap Kebutuhan Panas (Q) ηk = Q = S x ( IK + IR) kj/jam = kg/jam x 5,89 kj /kg Q = 15.317.340 kj/jam Efisiensi Ketel Uap (ηk) = (h1 h) x 100% LHV 14,375 (.76 09,11) x 100% 43.730,80 ηk = 83 %
[3] V Penutup 5.1 Kesimpulan Hutagalung, Boiler Operator Course, 199 ; Jakarta. Dari hasil analisa perhitungan- [4]. Djokosetyardjo, MJ. Pembahasan perhitungan telah dilakukan Lanjut Ketel Uap, 1990, Pradnya karakteristik ketel pipa api tipe Loos Basuki Paramitha ; Jakarta. terdapat di Pt. Mustika Ratu Tbk, maka dapat di simpulkan sebagai berikut : dari karakteristik ketel sebagai melihat efek pemakaian bahan bakar terhadap kerja ketel. ditampilkan berupa kondisi operasi, yaitu : tekanan kerja, dihasilkan, luas pemanas, beban ketel spesifik, dan efisiensi ketel.. sistem ketel pipa api, gas panas hasil pembakaran bahan bakar ruang bakar digunakan memanasi air, lalu gas panas mengalir melalui pipa-pipa dibagian luarnya terdapat air. 3. berdasarkan perhitungan efisiensi terhadap ketel dengan bahan bakar solar terdapat di PT. Mustika Ratu pengoperasian Tbk, tiap-tiap jamnya adalah 83 %. DAFTAR PUSTAKA [1]. Djokosetyardjo, MJ. Ketel Uap, 1987, Pradnya Paramitha ; Jakarta. []. Kardjono, Ketel Uap dan Sistem Tenaga Uap ; Cepu. Fritz Dietzel, Turbin, Pompa dan Kompresor, 1996 ; Jakarta. 1. Secara garis besar perhitungan Hasil [5]