Laporan Boiler
Laporan Boiler
Laporan Boiler
PENDAHULUAN
PENGUJIAN BOILER
A. Tujuan Percobaan
1. Agar mahasiswa dapat mengerti fungsi suatu boiler dan prinsip kerjanya.
2. Agar mahasiswa dapat mengoperasikan boiler.
3. Agar mahasiswa dapat mengenal bagian-bagian mekanikal, elektrikal, dan
instrumentasi dari boiler.
4. Agar mahasiswa dapat membuat urutan/prosedur pelaksanaan percobaan.
5. Agar mahasiswa dapat mengetahui cara membaca alat ukur boiler.
6. Agar mahasiswa dapat membuat daftar simbol setiap parameter dan satuansatuannya.
7. Agar mahasiswa dapat mengukur kebutuhan bahan bakar boiler.
8. Agar mahasiswa dapat mengukur laju air pengisian dan menghitung kapasitas
produksi uap.
9. Agar mahasiswa dapat mengukur tekanan dan temperatur.
10. Agar mahasiswa dapat menghitung efisiensi boiler.
BAB II
DASAR TEORI
A. Defenisi dan Fungsi Boiler (Ketel Uap)
Boiler atau Ketel Uap atau Steam Generator adalah suatu alat konversi energi yang
dapat mengubah energi panas hasil pembakaran bahan bakar menjadi energi potensial uap.
Hal ini terjadi dikarenakan adanya perpindahan panas dari bahan bakar dan air yang terjadi
didalam tabung yang tertutup rapat.
Fungsi ketel uap (Boiler) adalah untuk mengkonversikan energi pembakaran bahan
bakar menjadi energi potensial uap.
Steam yang dihasilkan dari ketel ini dapat digunakan untuk berbagai keperluan
seperti berikut :
1. Untuk external combustion engine
Contoh : untuk mesin uap reciprocating dan turbin air
2. Untuk keperluan proses di dalam boiler
Contoh : untuk steam injeksi pada kolom fraksinasi
3. Untuk pemanas
Contoh : untuk pemanas produk minyak dalam penyimpanan
B. Bagian Utama Ketel Uap
Bagaian-bagaian utama yang terdapat dari pada sebuah ketel antara lain :
1. Dapur / Ruang Bakar
Bagian ketel yang sangat penting untuk menimbulkan panas adalah dapur
(furnance). Disini terjadi proses perubahan energi kimia bahan bakar menjadi energi panas.
Untuk prose pembakaran ini membutuhkan udara dan bahan bakar yang pencampurannya
langsung dalam bahan bakar.
2. Drum Uap
Uap yang dihasilkan mempunyai tekanan yang sangat tinggi, maka bagian yang tak
kalah pentingnya adalah bejana-bejana yang mempunyai kekuatan terhadap tekanan tinggi,
yang umumnya bagian ini disebut dram ketel.
Bagian-bagian ketel yang ada didalam ketel itu sendiri juga ikut menentukan
kelancaran operasi dan performansinya, seperti susunan pipa, superheater, heater, kotak
lumpur, ekonomizer dan lain sebagainya. Peralatan pengaman dan penunjang selalu
diikutsertakan untuk dipasang pada sebuah ketel dengan maksud agar ketel dapat bekerja
2
dengan aman dan sesuai dengan opersi yang dikehendaki. Bahkan peralatan yang terpisah
dari ketel ini sendiri seperti peralatan pemurnian air umpan ketel juga sangat diperlukan
dan besar sekali pengaruhnya terhadap kerja ketel.
3. Feed Water Tank
Feed water tank berfungsi sebagai penampungan air yang berasal dari water, yang
selanjutnya disiapkan untuk air umpan ketel.
4. Pompa Air Pengisian Boiler
Pompa air pengisian boiler berfungsi memompakan air dari feed water tank ke
ekonomizer yang selanjutnya masuk ke ketel uap. Pompa ini digerakkan oleh uap yang
dihasilkan dari ketel uap.
5. Pipa pipa Api
Ini berfungsi sebagai tempat laluan gas asap dan dipasang di darat drum ketel. Pipapipa ini merupakan permukaan perpindahan panas yang utama, dimana perpindahan panas
ini menyebabkan pembentukan uap di dalam drum ketel.
6. Cerobong Asap
Cerobong asap berfungsi sebagai saluran untuk membuang gas asap, ini juga
berfungsi untuk menjaga polusi udara, karena gas mengambang di dekat permukaan tanah
tempat instalasi dan pemukiman.
7. Manometer
Manometer dapat digunakan untuk mengetahui besar tekanan uap yang berada di
dalam ketel.
C. Klasifikasi Ketel Uap
1. Menurut Isi Pipa atau Tabung
Menurut isi pipa, pada dasarnya ketel uap dibagi menjadi :
a. Ketel Pipa Api
Ketel uap pipa api : gas panas dilewatkan melalui pipa yang disekitar dinding
luarnya dikelilingi oleh air atau uap yang telah terbentuk. Agar perpindahan
panas dari api atau gas panas ke air lebih effektif maka susunan pipa didalam
ketel ini dapat dibuat pass per pass, yang artinya gas panas yang melewati pipapipa dalam ketel arahnya dapat bolak balik terhadap burnernya.
Untuk sebuah ketel satu pass yang mempunyai kapasitas dan kondisi uap yang
sama dengan ketel dua atau tiga pass, maka untuk ketel satu pass mempunyai
panjang yang lebih besar dibanding dengan dua atau tiga pass. Namun ketel
satu pass mempunyai diameter silinder yang lebih kecil.
Contoh ketel pipa api :
Ketel Sedehana Vertikal
Ketel Cochran
Ketel Lancashire
Ketel Cornish
Ketel Lokomotif
Ketel Kapal
Ketel Velcon
b. Ketel Pipa Air
Ketel pipa air, air disirkulasikan didalam pipa yang dikelilingi oleh gas panas
dari luar pipa. Konstruksi pipa yang dipasang didalam ketel dapat lurus dan
juga dapat berbentuk melengkung, tergantung dari jenis ketelnya. Pipa pipa
yang lurus yang dipasang secara paralel didalam ketel dihubungkan dengan dua
buah header. Dan header tersebut juga dihubungkan dengan drum uap yang
dipasang secara horizontal diatas susunan pipa.
pembakaran
yang
cukup
besar,
sehingga
kemampuan
untuk
b. Mobile
Ketel mobile atau ketel bergerak adalah ketel yang dalam penggunaannya dapat
bergerak dari satu tempat ketempat lain. Jenis ketel ini adalah Ketel Lokomotif
dan Ketel Kapal Laut.
6. Menurut Sumber Panas
Ketel ini juga dapat digolongakan menurut sumber panas yang digunakan untuk
menghasilkan uap. Sumber panas ini berupa hasil pembakaran terdiri dari :
a. Bahan bakar padat
b. Bahan bakar cair
c. Bahan bakar gas
d. Gas buang
e. Bahan bakar nuklir
D.
Ketel harus dapat menghasilkan jumlah dan mutu uap secara maksimum
pada pemakaian bahan bakar yang minimum. Artinya ketel tersebut dapat bekerja
dengan efisiensi semaksimum mungkin.
2.
Ketel harus dapat secara cepat menyesuaikan fluktuasi beban (naik turunnya
beban).
3.
Ketel harus dapat di start dalam waktu yang singkat tanpa menimbulkan
kerusakan pada bagian ketel tersebut, artinya sesuai dengan waktu telah ditetapkan
dalam instruksi manual dari ketel tersebut.
4.
5.
6.
7.
Lumpur dan deposit-deposit lain mudah dikeluarkan dari dalam ketel dan
tidak menggumpal pada plat-plat yang dipanasi.
7
8.
9.
Pipa harus tidak terakumulasi lumpur atau endapan dan tidak mudah rusak
karena kena korosi.
10.
11.
E.
dilengkapi dengan pintu yang biasanya digunakan untuk lewat orang yang akan melakukan
pembersihan pada pipa-pipa api.
3. Ketel Kapal
Ketel jenis ini sangat banyak digunakan pada kapal, oleh karena itu dianggap
sebagai ketel kapal. Ketel ini adalah ketel pipa api mendatar berbentuk silinder dengan
garis tengah yang besar bila dibandingkan dengan panjangnya. Gambar dibawah ini
memperlihatkan ketel kapal.
masih cukup tinggi. Kerugian cerobong asap ini kira-kira 20 % dari jumlah panas
seluruhnya dari hasil pembakaran.
4. Ketel Lancashire dan Corn Wall
Jenis ketel ini adalah jenis ketel darat pipa api, pembakarannya ada didalam,
horizontal dan sirkulasi alamiah. Ketel ini digunakan untuk tekanan kerja dan daya sedang.
Sebuah ketel Lancashire dengan dudukan bata api ditunjukan pada gambar di bawah ini
Shell terisi air yang mengilingi pipa-pipa api yang mana mendapat panas dari gas
panas dan berubah menjadi uap. Sebuah katup pengatur dipasang didalam sebuah drum
yang berbentuk silinder. Katup pengatur dioperasikan dengan sebuah poros regulator yang
diatur. Pembagi dibagi menjadi 2 bagian, satu adalah ruang uap panas lanjut dan satu lagi
untuk ruang uap jenuh. Sebagai pengganti udara pembakaran digunakan uap bekas yang
dimasukkan lewat pipa buang. Pintu depan dapat dibuka untuk keperluan pembersihan dan
reperasi. Abu dari kisi-kisi pembakaran dikumpulkan dengan bantuan damper.
13
14
2
Steam
out
feedwater
In
1
Qs
heat in
15
Uap
Air umpan
Boiler
Boiler
Boiler
Blowdown
Panas
Ketika uap meninggalkan air yang mendidih, padatan terlarut yang bersal dari
umpan boiler tertinggal di air boiler. Padatan-padatan yang tertinggal menjadi bertambah
kepekatannya, dan bahkan dapat mencapai kesuatu tingkat dimana pemekatan lebih lanjut
bisa menyebabkan terbentuknya kerak atau diposit didalam boiler.
2. Suplai Energi
Suplai energi terhadap boiler diperoleh dari bahan bakar. Rancangan bahan bakar
boiler jenis Fired Steam Boiler Type Fulton 30 E pada alat pengujian ini adalah solar.
Kandungan energi (E) bahan bakar (KJ/Kg) dapat diperoleh melalui percobaan Bomb
Calorimeter, atau bisa dihitung dengan rumus Dulog jika bahan diketahui (hasil analisis
lab).
Dalam pengujian ini, kandungan energi solar dapat diperoleh dari buku referensi
Heat Enginering. Besarnya energi panas pembakaran adalah suplai panas terhadap boiler :
16
Qs m E
dimana :
m
3. Energi Evaporasi
Energi untuk perubahan air pengisian (feed water) menjadi uap (steam) dalam
proses evaporasi adalah besarnya kandungan entalphi uap kurang kandungan entalphi air
pengisian
u
Q m
hu
ha
dimana :
mu
hu
ha
tunak/steadi (steady-state) adalah juga sama dengan laju aliran massa air masuk ke boiler.
4. Efisiensi Boiler
Efisiensi boiler atau ketel uap adalah perbandingan antara energi evaporasi
(penguapan) terhadap energi suplai bahan bakar, maka :
m h ha
Q
u u
Qs
m E
Besar efisiensi dari pengoperasian sebuah boiler modern dengan minyak atau gas
adalah kira-kira 80%. Harga ini agak lebih rendah pada sebuah ketel pembakaran berbahan
bakar padat.
5. Tekanan absolut uap
Tekanan absolut uap adalah tekanan pengukuran (gauge) ditambahkan tekanan
atmosfer.
Pabs Pgauge Patm
17
BAB III
PELAKSANAAN PERCOBAAN
A. Peralatan Percobaan
Peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut :
1. Oil fired boiler No. P7600
18
BAB IV
DATA PERCOBAAN
Dari percobaan yang dilakukan, maka diperoleh data-data dibawah ini :
Waktu
10.10
11.15
147,7778
147,9877
T = 4,8 cm
L = 75,8 cm
B = 73,2 cm
6,0
Draft (draught)
24
28 C
28 C
28 C
130 C (6 Bar)
298 C
24 Pa
Data-data pendukung :
1. Bahan bakar
Density
: Solar
: 0,82 Kg/L
BAB V
ANALISA DATA
Data-data pendukung :
a. Lama percobaan
: 1 jam
: 30,0284 Kg/jam
d. Density
: = 0,82 Kg/Liter
e. Kandungan energi
: E = 45.700 KJ/Kg
20
m h ha
Q
u u
Qs
m E
Dimana :
mu
hu
ha
= Efisiensi boiler
5.
6.
energi yang diserap fluida H2O dari sumber panas pembakaran yang menjadikan air
menjadi uap.
Q = mu ( huap hair )
Dimana :
mu = 209,9 kg/jam
hu = hf + X h fg
ha = hf pada 28 0C
Pada P = 7.0 barabs, maka dari tabel uap :
hf = 697.00 KJ/Kg
hfg = 2065.8 KJ/Kg
hu h f x.h fg
2629,96 ( huap )
22
Untuk Ta = 28 0C
Menggunakan interpolasi :
T = 30 C;
hf
= 125,74 KJ/Kg
T = 25 C;
hf
= 104,83 KJ/Kg
T( 28C ) T( 25C )
T( 30C ) T( 25C )
h f ( 28C ) h f ( 25C )
h f ( 30C ) h f ( 25C )
28 25 h f ( 28C ) 104.83
30 25 125.74 104.83
h f ( 28C ) 104,83
3
125,74 104,83 117.37 KJ Kg
5
Kg ( hair )
7.
Effisiensi Boiler :
B =
Q
Qs
u ( hu - ha )
m
E
m
Energi Penguapan
u ( huap hair )
m
E
m
100%
23
100%
100%
B = 52.84 %
BAB VI
PENJELASAN TAMBAHAN
Komponen Utama
Komponen utama disini terdiri dari:
A.
Boiler
24
Boiler berfungsi untuk menghasilkan uap pada tekanan dan temperatur yang tinggi
dimana uap tersebut untuk barbagai keperluan seperti untuk PLTU, pabrik kelapa sawit dan
lain-lain.
Alat Ukur dan Instrumentasi
Stopwatch
Stopwatch disini berfungsi untuk mengukur waktu yang dilalui selama melakukan
percobaan.
Flow gauge
Flow gauge/meter berfungsi untuk mengukur aliran air yang masuk ke boiler. Pada
percobaan ini alat seperti berikut:
25
Panel listrik
Panel listrik berfungsi untuk mensuplai listrik pada instrumentasi boiler seperti
untuk menggerakkan pompa serta api pembakaran pada boiler.
Level Control
Lebel control berfungsi untuk mengatur air umpan yang masuk kedalam boiler.
Cara kerjanya dimana apabila air didalam boiler sudah mencapai level terendah maka
otomatisasi untuk pompa akan hidup sehingga air dengan tekanan yang lebih besar dari
tekanan boiler akan masuk kedalam ruang air umpan. Pada percobaan ini seperti gambar
berikut:
26
B. Blow Down
Pada mud drum terletak dibawah steam drum yang dilengkapi dengan dua kerangan
blow down. Blow down terdiri dari pipa dan double valve untuk membuang solid ke flash
drum yang terus keluar ke atmosfer. Solid ini dikeluarkan atau dibuang secara manual dari
mud drum disebut intermetten blow down.
C. Continous Blow Down
Continous blow down berada di steam drum yang letaknya sedikit dibawah level
water normal dan berupa pipa dan valve. Tugas dari continous blow down adalah untuk
membuang kotoran, solid scale secara terus menerus.
D. Super Heater
Super heater terdiri dari pipa-pipa berbentuk U yang menempel langsung pada
steam drum dan ujungnya tergabung jadi satu pada outlet heater.
Letak super heater pada bagian yang terpanas di ruang pembakaran (ruang radiasi).
Fungsi super heater adalah memanaskan saturated steam, sehingga moisture yang
27
terkandung dalam saturated steam jadi steam sehingga akan didapat super heated steam
yang bertekanan dan temperatur tinggi.
E. Economizer
Berupa tube yang berbentuk spiral yang ditempatkan dalam stack. Fungsinya untuk
pemanas pendahuluan dari feed water boiler yang akan dimasukkan kedalam main steam
drum. Pemanasnya adalah flue gas hasil pembakaran dari furnance.
F. Cerobong Asap
Cerobong asap pada boiler berbentuk seperti cerobong asap pada umumnya,
semakin keatas semakin kecil diameter lubangnya. Fungsinya untuk jalan pembuangan dari
pada flue gases dan untuk penarikan gas-gas asap keatas ( natural draft ).
G. Chemical Injection
Terdiri dari dua tangki pencampur yang terbuat dari bahan plastik atau stainless
steel. Biasanya bahan kimia di injeksikan kedalam main steam drum atau kedalam aliran
pipa yang keluar dari economizer atau yang menuju ke daerator.
H. Daerator
Fungsi utamanya adalah menghilangkan gas-gas O2 dan CO2 yang terlarut di dalam
air, karena gas-gas ini akan menyebabkan korosi pada temperatur tinggi dalam boiler. Cara
menghilangkan yaitu dengan menghembuskan steam uap kedalam daerator lewat bawah.
Feed water di spray kan dari atas. Fungsi kedua juga sebagai pemanas feed water yang
akan masuk ke boiler.
Daerator ini adalah suatu tangki yang di dalamnya terdapat spray dan pipa L.P
steam. Tinggi air dalam daerator dijaga tidak boleh melebihi batasan yang telah di
tentukan.
BAB VII
PENUTUP
A. Kesimpulan
28
1. Fungsi suatu boiler adalah untuk merubah air menjadi uap. Dan prinsip kerjanya
adalah memanaskan suatu fluida cair pada suatu tempat dengan menggunakan
bahan bakar.
2. Cara pengoperasian boiler ini terdapat pada prosedur percobaan.
3. Pada bagian mekanikal boiler adalah sistem pemipaannya, yaitu nyala api dan gas
panas yang dihasilkan pembakaran dilewatkan melalui pipa-pipa yang disekitar
dinding dalamnya di kelilingi oleh air dan lain-lain. Sedangkan pada bagian
electrical boiler yaitu energi yang dibutuhkan untuk pembakaran awal diambil dari
sumber lain atau dari PLN. Bagian instrumental boiler adalah alat ukur temperatur
tekanan yang digunakan untuk mengukur temperatur air masuk dan temperatur uap
keluar dan tekanan uap.
4. Satuan yang digunkan dalam tekanan adalah bar gauge dan dalam analisa datanya
menjadi bar absolute.
5. Kebutuhan bahan bakar yang digunakan dalam pengoperasian boiler adalah solar,
dan selama percobaan menghabiskan 30,0284 kg/liter selama satu jam.
6. Tekanan uap keluar boiler adalah 7 barg serta temperature air masuk 28 C.
7. Efisiensi boiler setelah dilakukan analisa data adalah 52,84 %
B. Saran
1. Sebaiknya perawatan boiler lebih diperhatikan lagi dan dilakukan secara berkala,
bila perlu disertifikasi kembali.
2. Sebaiknya instalasi pipa-pipa pada boiler diganti, sebab pada saat melakukan
percobaan atau pengambilan data selalu terjadi kebocoran pada instalasi perpipaan
boiler yang mengakibatkan gedung laboratorium digenangi air, sehingga kegiatan
praktikum menjadi terhambat..
3. Mahasiswa/i yang mengikuti praktikum sebaiknya lebih serius dalam mengikuti
kegiatan praktikum dan seharusnya lebih menaati peraturan selama berada di
laboratorium teknik energi.
DAFTAR PUSTAKA
29
2004
MsCave, W.L.,Smith. J.C., dan Harriott. P., Unit Operationsin Chemical
30