Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -

Ono Suparno

Peralatan dan Mesin Industri (TIN326)

KETEL UAP (BOILER)

Ono Suparno

Departemen Teknologi Industri Pertanian

IPB University
Bogor
TIN326-Ono Suparno 1

Energi Perubahan Fase Air

• Panas sensibel = panas yang menyebabkan terjadinya kenaikan atau

penurunan suhu, tetapi fase (wujud) tidak berubah
• Panas laten = panas yang diperlukan untuk mengubah fase benda,
tetapi suhunya tetap
TIN326-Ono Suparno 2

1
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

UAP AIR
Ø Fluida yang merupakan fase gas dari air, bila mengalami
pemanasan sampai suhu didih pada tekanan tertentu
Ø Tidak berwarna, bahkan tidak terlihat bila dalam keadaan
murni kering
Ø Digunakan pertama sekali sebagai fluida kerja oleh James
Watt, penemu Mesin Uap Torak
Ø Uap air tidak mengikuti hukum-hukum gas sempurna,
sampai dia benar-benar kering (kadar uap 100%)

TIN326-ONO SUPARNO 3

PROSES PEMBENTUKAN UAP

a-b = panas yang diberikan
menaikkan suhu air dari 0 oC
menjadi 100 oC di bawah
pemanasan hingga (100 oC di
bawah tekanan atmosfir 1 atm
(1,003 kg/cm) pada sensible heat
b-c = panas yang diberikan
mengubah fase dari 100 oC air
menjadi 100 oC uap jenuh (pada
laten heat)
c-d = panas yang diberikan
Q1 Q2 Q3 menaikkan suhu 100 oC uap jenuh
menjadi uap kering (pemanas uap
lanjut) pada proses sensible heat

TIN326-ONO SUPARNO 4

2
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

KEUNTUNGAN PENGGUNAAN UAP AIR

SEBAGAI MEDIA KERJA
1. Mampu menerima kalor dalam jumlah yang besar
2. Dihasilkan dari material yang murah dan mudah
diperoleh
3. Dapat bekerja pada tekanan tinggi
4. Tidak terbakar dan tidak beracun
5. Cepat menghantarkan panas

TIN326-ONO SUPARNO 5

JENIS-JENIS UAP AIR

1. Uap basah, uap yang masih mengandung

butiran-butiran yang halus dari air
2. Uap jenuh, uap yang berada diantara uap
basah dan uap kering (uap yang tidak
mengandung butiran air lagi)
3. Uap panas lanjut (uap kering), uap yang
dihasilkan dengan proses pemanasan lanjut
dari uap jenuh

TIN326-ONO SUPARNO 6

3
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

Ø Mutu uap air panas dinyatakan dalam %, misal

95 %
Ø Uap kering jenuh ≈ 95 % uap kering
Ø Energi ≈ 95 % x 970,4 Btu/lb ≈ 921,8 Btu/lb

TIN326-ONO SUPARNO 7

BOILER
v Sebuah ketel uap yang tertutup serta panas
pembakaran diteruskan ke air, sampai menjadi
air yang beruap panas (steam)
v Uap panas tersebut dalam tekanan dan dapat
dimanfaatkan untuk suatu proses industri

TIN326-ONO SUPARNO 8

4
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

BAGIAN SISTEM BOILER

1. Sistem bahan bakar, seluruh sistem untuk

memanaskan sebuah ketel uap; peralatan bahan bakar
bergantung pada jenis bahan bakar tersebut.
2. Sistem uap panas, sistem yang menampung kebutuhan
steam dan mengontrolnya sesuai kebutuhan produksi,
serta mengatur tekanan steam sesuai keperluan
produksi
3. Sistem feed water, sistem boiler yang menyuplai
segala keperluan air ke drum boiler

TIN326-ONO SUPARNO 9

KOMPONEN UTAMA BOILER

1. Furnace (ruang bakar) sebagai alat untuk

mengubah energi kimia menjadi energi panas
2. Steam drum yang mengubah energi
pembakaran (energi panas) menjadi energi
potensial steam (energi panas)

TIN326-ONO SUPARNO 10

10

5
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

SYARAT-SYARAT BOILER YANG IDEAL

1. Dapat menghasilkan jumlah uap yang maksimum dengan jumlah
bahan bakar yang minimum
2. Kapasitas uap dan tekanan kerja harus konstan
3. Perangkat pembakaran mampu membakar unsur-unsur bahan
bakar secara sempurna, sehingga diperoleh hasil yang optimal
4. Sirkulasi air harus baik agar diperoleh suhu yang merata pada
seluruh bagian ketel, sehingga penyerapan kalor oleh air lebih
efektif
5. Konstruksi ketel sederhana, sehingga biaya pembuatan, operasi
dan perawatan lebih ekonomis dan hemat tempat
6. Alat-alat perlengkapan ketel harus berfungsi dengan baik,
sehingga ketel dapat beroperasi dengan baik dan aman
TIN326-ONO SUPARNO 11

11

Jenis Boiler
1. Boiler pipa api (fire-tube boiler)
• Merupakan pengembangan dari ketel lorong api dengan
menambah pemasangan pipa-pipa api, dimana gas panas
hasil pembakaran dari ruang bakar mengalir didalamnya,
sehingga akan memanasi dan menguapkan air yang
berada di sekeliling pipa-pipa api tersebut
• Pipa-pipa api berada atau terendam didalam air yang
akan diuapkan
• Volume air kira-kira 3⁄4 dari tangki ketel
• Banyak digunakan untuk industri pengolahan mulai skala
kecil sampai skala menengah

TIN326-Ono Suparno 12

12

6
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

2. Boiler pipa air (water-tube boiler)

• Air umpan boiler mengalir melalui pipa-pipa masuk ke
dalam drum
• Air yang tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakaran
membentuk steam pada daerah uap dalam drum
• Ketel ini dipilih jika kebutuhan steam dan tekanan steam
sangat tinggi, misalnya pada ketel untuk pembangkit
tenaga listrik

TIN326-Ono Suparno 13

13

Boiler Pipa Api

TIN326-Ono Suparno 14

14

7
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

Boiler Pipa Api

Kelebihan :
1. Tidak membutuhkan air isian boiler dengan kualitas
yang tinggi
2. Konstruksi sederhana sehingga perawatan lebih
mudah
3. Endapan lumpur lebih mudah dibersihkan

Kekurangan :
1. Pemanasan awal membutuhkan waktu lama
2. Tekanan uap yang dihasilkan rendah
3. Kapasitas uap yang dihasilkan kecil

TIN326-Ono Suparno 15

15

Boiler Pipa Air

TIN326-Ono Suparno 16

16

8
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

Boiler Pipa Air

Kelebihan :
1. Mampu bekerja dengan tekanan tinggi
2. Berat boiler yang relatif ringan
3. Kapasitas yang besar
4. Dapat dioperasikan dengan cepat, sehingga dalam waktu yang
singkat dapat memproduksi uap

Kekurangan:
1. Kontruksi boiler tidak sederhana, sehingga perawatan lebih sulit
dilakukan
2. Air isian harus selalu bersih, agar tidak tejadi pembentukan batu
ketel
3. Perencanaan lebih sulit, sehingga harganya mahal

TIN326-Ono Suparno 17

17

Kelengkapan
• Penduga tekanan (manometer)
• Gelas penduga level air
• Katup pengaman (safety valve)
• Pompa air
• Sumbat pengaman

TIN326-Ono Suparno 18

18

9
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

1. boiler drum with insulation

2. reversing chamber
3. pressure regulators
4. over pressure cut-off
5. manometer with control valve
6. water level regulator and 1st low
water cut-off
7. 2nd low water cut-off
8. control panel
9. main steam valve
10. safety valve
11. Two water gauges
12. flue-gas connection
13. safety flap
14. feed pump(s) complete with fittings
15. base frame
16. oil-, gas-or dual fuel burner

TIN326-Ono Suparno 19

19

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMENGARUHI KINERJA

BOILER

1. Tekanan
2. Suhu
3. Kapasitas
4. Efisiensi

TIN326-ONO SUPARNO 20

20

10
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

TEKANAN

Ø Dorongan atau tekanan yang dihasilkan dari

steam boiler
Ø Tekanan pada boiler menunjukan seberapa
jauh beban kerja boiler, dapat dilihat dari alat
pengukur tekanan
Ø Semakin rendah tekanan yang dihasilkan pada
boiler, semakin baik boiler bekerja

TIN326-ONO SUPARNO 21

21

SUHU

Ø Panas yang dihasilkan steam boiler

Ø Suhu yang tinggi sangat dipengaruhi oleh lama
mesin bekerja
Ø Suhu steam boiler:
1. Super heater steam, suhu yang dihasilkan sesuai
rancangan yang dikehendaki pada boiler
2. Saturated steam (uap jenuh), suhu yang dihasilkan
segaris dengan tekanan

TIN326-ONO SUPARNO 22

22

11
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

KAPASITAS

Ø Kemampuan maksimum boiler untuk

menghasilkan uap dalam setiap ton/jam
Ø Ukuran yang menyatakan kemampuan boiler
dalam membangkitkan tenaga uap panasnya
Ø Dinyatakan dalam boiler horse power (BHP) ≈
33.472 Btu/jam
≈ panas untuk menguapkan 34,5 lb air (100 oC)
Ø Praktiknya à kg uap air panas/jam
TIN326-ONO SUPARNO 23

23

CONTOH

Sebanyak 2000 lb air dengan kapasitas panas spesifik 1,0

dipanaskan dari 60 oF menjadi 160 oF selama 1 jam.
Hitung kapasitas boiler tsb!
Jawab:
Kapasitas boiler
bobot air per jam x panas spesifik x perubahan suhu
= ----------------------------------------------------------------------
33.472 Btu/jam

= (2.000 x 1,0 x 100) / 33.472 = 5,96 BHP

TIN326-ONO SUPARNO 24

24

12
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

EFISIENSI BOILER

Ø Merupakan barometer kinerja suatu mesin

Ø Efisiensi mesin ketel uap: nilai tingkat kemampuan
kinerja boiler yang didapat dari perbandingan antara
energi keluaran (output) dengan energi yang masuk
(input)
Ø Metode langsung atau input-output
Ø Output (steam), input (bahan bakar)

TIN326-ONO SUPARNO 25

25

EFISIENSI BOILER

Q = Jumlah hasil steam (kg/jam)

q = Jumlah konsumsi bahan bakar (kg/jam)
hg = Enthalpy steam jenuh (kkal/kg)
hf = Enthalpy air umpan (kkal/kg)
GCV = Nilai panas kotor bahan bakar (kkal/kg)

TIN326-ONO SUPARNO 26

26

13
 Peralatan dan Mesin Industri (TIN326) -
Ono Suparno

CONTOH
Boiler dengan jumlah hasil steam 1416,667 kkal/jam, jumlah konsumsi bahan bakar
235 kkal/jam, tekanan steam 8,9260 bar, dan nilai panas kotor bahan bakar 415
kkal/kg. Suhu steam 175 oC dan suhu air umpan 50 oC. Berapa % efisiensi boiler tsb?
Jawab:
Q = 1416,667 (kkal/jam), q = 235 (kkal/jam), P steam = 8,9260 bar, t steam = 175 oC,
tfw = 50 oC, GCV = 4150 (kkal/kg)
Untuk mencari entalpi steam, dan entalpi umpan menggunakan software chemicallogic
steamtab companion, diperoleh: hg = 2772,71 kJ/kg dan hf = 209,342 kJ/kg
Kemudian dikonversikan dari kJ/kg ke kkal/kg
hg = 2772,71 (kJ/kg) = 662,4 (kkal/kg)
hf = 209,342 (kJ/kg) = 50,012 (kkal/kg)

1416,667 × (662,4 − 50,012)

ƞ Boiler = -------------------------------------- × 100%
235 × 4150
= 88,91%
TIN326-ONO SUPARNO 27

27

ono.suparno@apps.ipb.ac.id
http://ono.suparno.staff.ipb.ac.id

TIN326-ONO SUPARNO 28

28

14