makalah termo
Post on 28-Dec-2015
16 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
Boiler dapat didefinisikan sebagai alat yang digunakan untuk merebus air dengan
tujuan untuk memproduksi uap. Definisi ini masih sangat umum dan seiring berjalannya
waktu, para ilmuan telah banyak merumuskan pengertian boiler berdasarkan hasil penelitian
mereka. Secara sains, boiler merupakan alat yang digunakan untuk mengkonversikan
energi kimia dalam bentuk bahan bakar menjadi energi panas dalam bentuk uap. Selain itu,
ada juga yang mendefinisikan bahwa boiler mengkonversikan energi panas dalam bentuk
gas panas menjadi energi panas dalam bentuk uap. Bentuk awal dari boiler ini dikenal
sebagai ketel (pemanas air). Saat ini, boiler lebih dikenal sebagai pembangkit tenaga uap.
Industri cepat yang berkembang di seluruh dunia menyebabkan pembangkit tenaga uap
dengan kapasitas besar sangat dibutuhkan.
Menurut Colin Frayne dalam bukunya yang berjudul Boiler Water Treatment
Principles, boiler lebih lanjut diklasifikasikan menurut desain, keluaran, rasio tekanan, dan
aplikasi meskipun tidak semuanya memenuhi klasifikasi tersebut.
Boiler, baik pembangkit air panas atau pembangkit uap memungkinkan didesain
untuk tanah, lokomotif, ataupun tugas kelautan baik bersifat portable (bisa dibawa
kemana-mana) atau stationer (tetap).
Desainnya biasanya diberikan dalam bentuk package boilers (paket/dirakit di pabrik
lalu diinstalasikan di lapangan), job-built boilers (sepenuhnya dibangun di pabrik),dan
dibangun langsung di lapangan.
Boiler dapat beroperasi dibawah atau diatas tekanan kritis.
Boiler dapat langsung dibakar ataupun tidak langsung dibakar. Energi yang tersedia
merancang perhitungan untuk metode pembakaran yang bervariasi yang
menggunakan bahan bakar fosil, limbah, proses residual, sisa panas, dan produk
yang dihasilkan.
Boiler dapat digunakan untuk pemanasan air dalam bejana, pemanasan ruangan,
limbah panas, dan pemulihan limbah kimia. Baik desain fire tube dan water tube
boiler biasanya digunakan untuk penerapan pemulihan panas (heat recovery)
Menurut beliau, sejauh ini fire tube (FT) dan water tube (WT) boiler yang sering
diaplikasikan pada sektor industri besar di seluruh dunia. Bahkan, pemakaiannya tidak
terbatas pada satu jenis tipe saja, melainkan pemakaian sekaligus dalam skala yang besar
pula. Maka dari itu, penulis akan mengeksplor lebih dalam lagi perbedaan antara kedua tipe
boiler ini berdasarkan karakteristik yang dimilikinya pada bab berikutnya.
BAB II
PENGEMBANGAN TEORI
Secara umum, boiler terdiri dari dua sistem dasar. Salah satu sistem adalah sistem
uap air, yang juga biasa disebut sebagai pesisir/tepi (waterside) boiler. Pada waterside, air
dimasukkan dan dipanaskan dengan pemindahan melalui tabung air (water tube/WT),
dikonversikan menjadi uap setelah itu meninggalkan sistem sebagai uap. Sebagai deskripsi
awal, skema ini dapat menjelaskan cara kerja sistem boiler untuk menghasilkan uap air.
Gambar 1. Diagram dasar sistem kerja boiler
II.1 Komponen Boiler
Gambar 2. Komponen-komponen boiler
II.1.1 Tungku Pembakaran (Furnace)
Ruang bakar melepaskan panas dan menjadi sistem transfer panas. Ada 3T yang
dibutuhkan pada proses pembakaran dalam tungku pembakaran, yaitu waktu (time), suhu
(temperature), dan turbulensi (turbulence).
II.1.2 Kipas (Fans)
Kipas biasanya terdiri dari dua bagian, yaitu induced draft fan (ID fan) dan force draft
fan (FD fan). Fungsi fan ini biasanya digunakan untuk proses pendinginan (cooling tower).
ID fan maksudnya adalah kipas diletakkan di tempat keluarnya angin sehingga angin yang
keluar lebih banyak dari angin yang masuk. Kipas jenis ini lebih stabil dari FD fan karena
pada kondisi dingin dapat mencegah terjadinya es. Sementara, FD fan maksudnya adalah
kipas yang diletakkan di tempat masuknya angin sehingga angin yang masuk lebih banyak
dari yang keluar. Kipas jenis ini kurang stabil karena dapat menghasilkan es yang dapat
merusak sistem walaupun dapat bekerja pada tekanan statis yang tinggi.
II.1.3 Windbox
Windbox berperan untuk mendistribusikan udara tambahan ke pembakar. Bagian ini
memungkinkan untuk memiliki pengatur redaman untuk menciptakan turbulensi dalam
menyempurnakan proses pembakaran.
II.1.4 Penukar Kalor Gas Buang (Flue Gas Heat Exchanger)
Secara umum, bagian ini berfungsi untuk mengurangi kerugian panas (heat loss)
yang ditimbulkan oleh sistem atau memperbaiki efisiensi boiler. Dengan kata lain, bagian ini
berperan dalam proses pendinginan mesin akibat sistem bekerja pada suhu dan
temperature yang tinggi.
II.1.5 Pemanas udara awal pembakaran (Combustion Air Preheater)
Gambar 3. Scheme of Combustion Air Preheater
CAP merupakan salah satu tipe penukar panas (heat exchanger). Dari gambar
dapat dilihat sebelum gas buang meninggalkan boiler, gas buang tersebut melalui pemanas
udara awal. Karena suhu gas buang lebih tinggi dari udara pembakaran, panas tersebut
dipindahkan ke udara pembakaran dengan cara konveksi ke CAP. Transfer panas ini
mampu mendinginkan gas buang dan dengan demikian mengurangi kerugian kalor serta
mengurangi temperature udara ketika dikeluarkan melalui cerobong. Konsekuensi logis yang
diperoleh dari adanya CAP ini adalah mengurangi kebutuhan bahan bakar dalam
menghasilkan panas yang dibutuhkan dalam sistem atau meningkatkan efisiensi bahan
bakar.
II.1.6 Economizer
Gambar 4. Economizer
Salah satu device yang biasa digunakan untuk penukar kalor adalah economizer.
Economizer memanaskan feedwater (penyuplai air) untuk memperbaiki efisiensi boiler dan
mengurangi kerugian kalor pada cerobong gas buang. Peningkatan kalor pada feedwater
mengurangi kebutuhan akan bahan bakar dan udara pembakaran. Dari gambar terlihat, gas
buang meninggalkan boiler menuju economizer dimana hal ini terhubung ke permukaan
penukar kalor dalam bentuk tabung air. Karena suhu gas buang lebih tinggi dari air, gas
buang didinginkan, sementara itu terjadi peningkatan suhu pada air. Tipe penukar kalor
seperti ini sering digunakan untuk boiler yang berukuran besar.
II.1.7 Superheater
Superheater berperan untuk menambahkan panas pada uap. Hal ini bertujuan untuk
mengurangi embun yang terdapat pada uap sehingga menghasilkan kualitas uap seperti
yang diinginkan. Tingkat kekeringan uap menjadi faktor yang menentukan kualitas uap itu
sendiri (dalam persen). Ketika tidak ada embun pada uap, kualitas uap dinyatakan pada
skala 100 persen.
II.1.8 Boiler Drums
Gambar 5. Boiler Drum
Boiler biasanya terdiri dari drum atas, atau drum air atau drum uap dan drum bawah.
Dalam industri-industri besar, boiler yang dimiliki biasanya terdiri dari keduanya. Pemanasan
tabung memulai proses sirkulasi alami air. Biasanya, untuk penggunaan boiler yang lebih
besar, ditambahkan pompa untuk membantu proses sirkulasi. Sirkulasi air menyebabkan
terjadinya efek pendinginan sehingga tabung tetap berada pada kondisi kelebihan panas.
II.2 Fire Tube Boiler (FT Boiler)
FT boiler adalah sebuah boiler yang mengkonversikan panas dari pembakaran
bahan bakar dalam tungku pembakaran menjadi uap. Proses pembakaran menggunakan
gas panas/api yang mengelilingi/mengepung tabung yang berisi air di dalam sistem. Pada
FT boiler, gas panas melewati pipa-pipa dan air umpan boiler ada di dalam tabung untuk
dirubah menjadi uap. FT boiler biasanya digunakan untuk kapasitas uap yang relative kecil
dengan tekanan uap rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, FT boiler kompetitif untuk
kecepatan uap sampai 12.000 kg/jam dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. FT boiler dapat
menggunakan bahan bakar minyak, gas atau bahan bakar padat dalam operasinya. Untuk
alasan ekonomis, sebagaian besar FT boiler dikonstruksi dalam bentuk package (dirakit oleh
pabrik seperti yang dijelaskan sebelumnya.
FT boiler secara umum cocok untuk :
Bahan bakar yang bersih, seperti minyak dan gas. Bahan bakar yang kotor dapat
menyebabkan pembusukan dan erosi karena bahan bakar ikut berproses ketika
sistem dijalankan.
Kapasitas pada ukuran yang kecil dapat mencapai 35 tph, dibatasi oleh ukuran
tabung boiler.
Suhu yang dimiliki superheater relative kecil, kira-kira 50oC.
Pada tekanan rendah dapat mencapai dibawah 25 atm dibatasi oleh pengontrol
tekanan pada tabung.
FT boiler ini terkenal dalam proses industri untuk kebutuhan uap yang kecil meskipun :
Standar keamanan yang buruk yang melekat pada desainnya.
Efisiensi kalor lebih kecil dari boiler yang lain atau dengan kata lain terjadi banyak
heat loss ketika sistem dijalankan untuk menghasilkan uap.
Kurang ramah lingkungan, sebab utamanya adalah ukurannya yang padat, harga
pembuatannya murah, dan pengerjaannya yang cepat.
Gambar 6. Fire Tube Boiler
II.2.1 Jenis FT Boiler Modern
Semua boiler yang modern, khususnya boiler paket horizontal dan vertical terkenal
pada eranya masing-masing. Untuk paket horizontal, FT boiler ini dasarnya diturunkan dari
desain skotch marine boiler pembakaran dalam. Mulai terkenal pada tahun 1960-an karena
tingkat fleksibilitas, harga yang terjangkau, dan efisiensi boiler yang relative baik.
Tipe aliran gas pada boiler ini adalah cross sectional atau saling berpotongan dan
diperlihatkan pada gambar selanjutnya.
Begitu juga dengan paket vertical, tipe ini dipakai secara luas untuk menghasilkan
uap yang kecil pula. Sudah dipakai lebih dari 50 tahun yang lalu, hampir sama dengan paket
horizontal.
Gambar 7. Tipe aliran cross sectional
II.2.1.1 Skema Paket Horizontal FT Boilers
Gambar 8 Proses kerja paket horizontal boilers
II.2.1.2 Skema Paket Vertikal FT Boilers
Gambar 9. Proses Kerja Paket Vertikal FT Boiler
II.3 Water Tube Boiler (WT Boiler)
WT boiler adalah sebuah device yang mengkonversikan panas dari pembakaran
bahan bakar dalam pusat tungku pembakaran yang terbuka untuk membangkitkan air panas
atau uap )sering terjadi pada tekanan, suhu, dan kapasitas keluaran yang tinggi. Pada WT
boiler, air umpan pada boiler mengalir pada pipa-pipa ke dalam drum. Air yang tersirkulasi
dipanaskan oleh gas pembakar membentuk uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika kebutuhan
uap dan tekanan uap sangat tinggi seperti pada kasus boiler pembangkit tenaga. WT boiler
yang sangat modern dirancang dengan kapasitas uap antara 4500-12000 kg/jam, dengan
tekanan sangat tinggi. Banyak WT boiler yang dikonstruksi secara paket jikan digunakan
bahan bakar minyak dan gas. Untuk WT boiler yang menggunakan bahan bakar yang padat,
tidak umum dirancang secara paket.
Perbedaan yang mencolok antara WT dan FT boiler adalah pemanasan yang
dibutuhkan oleh WT boiler jauh lebih besar dari FT karena harus memproduksi uap dalam
jumlah yang cukup besar. Selain itu, pemanasan permukaan tabung pada WT lebih dominan
di luar/pada dinding tabung sementara pemanasa pada FT lebih dominan di dalam tabung
WT boiler menyediakan konstruksi dengan kapasitas, tekanan, fleksibilitas yang lebih
besar dikarenakan subdivisi bagian tekanan dan untuk menyusun kembali komponen-
komponen dengan variasi konfigurasi yang luas. Sebagai hasilnya, keluaran uap
kemungkinan dibawah 1500 lb/hr sampai beberapa juta lb/hr.
Aturan utamanya adalah WT boiler lebih aman dari ledakan dibanding FT boiler
karena drum tidak dibuka untuk pembakaran yang dapat meradiasikan panas. Jika tabung
pecah, setidaknya masih ada volume air yang relatif kecil yang terkonversi menjadi uap.
Karenanya, WT boiler membutuhkan beberapa operator yang handal untuk mengoperasikan
sistem ini dan benar-benar menguasai setiap proses kerjanya.
Karakteristik umum yang dimiliki oleh WT boiler adalah :
Kapasitas dari 5 tph sampai 4500 tph.
Tekanan uap berada pada range 3,5 sampai 320 bar
Suhu uap sampai pada fase saturasi kira-kira 620oC
Memiliki induced, forced, dan balanced draft untuk meningkatkan efisiensi
pembakaran.
Kurang toleran terhadap kualitas air yang berasal dari tempat pengolahan air.
Memungkinkan untuk tingkat efisiensi panas yang lebih tinggi.
Gambar 10. Skema WT Boiler
BAB III
KESIMPULAN
Perbedaan yang paling mencolok dari water tube boiler dan fire tube boiler adalah
posisi air dan pembakar pada sistem dan tabung. WT boiler menempatkan air di dalam
tabung sementara pembakar (api/gas panas) berada di luar tabung di dalam sistem. Prinsip
kerjanya adalah perpindahan panas secara konveksi, yaitu pembakar memanaskan
permukaan tabung hingga air mengalami fase saturasi atau menghasilkan uap. FT boiler
menempatkan air pada sistem (di luar tabung) sementara pembakar yang berupa api/gas
panas dialirkan melalui pipa, memanaskan air yang mengepung tabung tersebut hingga
mengalami fase saturasi.
Selain itu, perbedaan yang lain yang mencolok diantara keduanya adalah kapasitas
uap yang dihasilkan oleh WT boiler jauh lebih besar dibandingkan dengan FT boiler
berdasarkan pertimbangan-pertimbangan yang telah dijelaskan sebelumnya.
DAFTAR PUSTAKA
Frayne, Collin. 2002. Boiler Water Treatment Principles. New York : Chemical Publishing
Co.Inc
Rayaprolu Kumar. 2009. Boilers for Power and Process. New York : Taylor and Francis
Group
Gilman, G.F. 2005. Boiler Control Systems Engineering. USA : The Instrumentation,
Systems, and Automation Society
top related